高速主轴系统和电主轴
什么是电主轴？电主轴和机械主轴优缺点对比
什么是电主轴？电主轴和机械主轴优缺点对比电主轴电主轴是将机床主轴功能与电机功能从结构上融为一体的新型主轴部件，即将高速电机置于主轴部件内部，通过控制系统，使主轴获得所需的工作速度和扭矩，因而也被称为内装式电主轴。
电主轴是一套组件，包括电主轴本身及其附件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置。
而电主轴本身就是直接将空心的电动机转子装在主轴上，定子通过冷却套固定在主轴箱体孔内，形成一个完整的主轴单元，通电后转子直接带动主轴运转。
电主轴省去了皮带、齿轮或联轴器的传动环节，实现了机床主轴系统的“零传动”，是数控机床传动系统的重大变革；它克服了传统机械主轴在高速下打滑、振动和噪声大、惯量大等缺点，有效改善了主轴高速情况下的整体性能，具有机械主轴不可替代的优越性。
第一，由于电主轴由内装式电机直接驱动，省去了中间变速和传动装置，具有结构紧凑、重量轻、噪声低、振动小和转动惯量小等特点，可实现很高的速度、加速度及定角度的快速启停，且动态精度和稳定性更好，可满足数控机床进行高速切削和精密加工的需要；由于没有中间传动环节的外力作用，电主轴工作时运行更加平稳，主轴轴承所承受的动负荷较小，延长了其精度寿命；利用交流变频和矢量控制技术，电主轴可在额定转速范围内实现无极变速，以适应机床工作时各种工况和负载变化的需要。
第二，电主轴的电机内藏式结构使其从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，形成一个功能相对完整的“主轴单元”，从而促进了机床结构的模块化。
电主轴厂商根据机床的用途、结构、性能参数等特征形成标准化、系列化的产品，供机床制造商选用，改变了传统机床厂商“大而全”的生产模式，缩短了机床的研发和生产周期，更加适应快速多变的市场环境。
此外，标准化、系列化的电主轴产品易于形成专业化、规模化的生产能力，从而促进制造成本的降低。
第三，某些高档数控机床，如并联运动机床、五面体加工中心、小孔和微孔加工机床等，由于加工工艺和加工对象的特殊性，其对主轴的转速、精度以及机床的结构都有特殊要求。
高速电主轴电动机——主轴系统的机电耦合动力学建模
新校园XinXiaoYuan高速电主轴电动机—主轴系统的机电耦合动力学建模张广宇（河南能源化工集团永城职业学院，河南永城476600）教育教学摘要：随着经济的发展，我国的制造业呈现出较为明显的发展形势，提高生产效率成为各个方面关注的重点，实现高速加工能够使这个问题得到较好的缓解。
想要实现这个目的，就需要选用高速机床。
高速电主轴是数控机床的核心部分，具备强耦合性质。
实际上，其在机电能量转换中，可以体现出机电耦合性质，能够对高速电主轴产生较为重要的影响，针对其进行动力学模型构建具有较为重要的现实作用。
关键词：高速电主轴电动机；主轴系统；机电耦合机电耦合系统具有机械与电磁的共同特性，其本身运作也涉及到两者之间的转换。
这种特性在各类机电系统中十分常见。
一般情况下，其本身运作频率和速度相对较为低下，可以忽视其电磁辐射。
但是，这种情况并不绝对，一旦其频率或速度达到一定程度，就会在发挥作用的过程中，产生相对较强的电磁辐射。
一、高速电主轴机电耦合分析从机电耦合的方向对高速电主轴进行分析，主要目的是为了对其动态性能进行较为必要的研究。
事实证明，此研究不仅具有重要的现实意义，也会在工程施工的过程中发挥重要的作用。
1.方法与内容在工程当中，机电耦合传动系统是各个部分的有机组合，具体来说，其两个主要组成部分分别为电机与机械传动轴。
由此可见，只要系统组成的两个部分存在，就会出现相应的机电耦合。
当前，其传动方式主要针对电机与负载进行添加，使其能够具备传动功能，比如链条、皮带等。
同时，负载和电机之间能够直接实现耦合过程。
这种运作方式能够产生较强的现实意义，避免故障及磨损的发生。
高速电动主轴传动方式属于直接耦合。
其本身与主轴本身存在一定关联，在构成方面体现出较为复杂的特性。
其内部包含各个部分的子系统，在运作过程中存在较多繁复耦合关系。
针对其进行建模考量可以运用分解协调法。
在这个过程中，比较容易出现各个部分之间的耦合变量存在较为明显差异的情况。
高速电主轴
目前，国内外各著名机床制造商在高速 数控机床中广泛采用电主轴结构，特别是 在复合加工机床、多轴联动、多面体加工 机床和并联机床中。
工作原理
电主轴就是直接将空心的电动机转子 装在主轴上，定子通过冷却套固定在主 轴箱体孔内，形成一个完整的主轴单元， 通电后转子直接带动主轴运转。
结构
电主轴由主轴及主轴箱本体、 电主轴由主轴及主轴箱本体、内置式 的交流伺服电机、辅助装置、检测装置组成。 的交流伺服电机、辅助装置、检测装置组成。 主轴的变速有主轴驱动模块控制， 主轴的变速有主轴驱动模块控制，而 主轴单元内的温升由冷却装置控制。 主轴单元内的松刀油缸， 后面装有测速、测角位移编码器，松刀油缸， 旋转接头；全段的内锥孔和端面用于安装刀具， 旋转接头；全段的内锥孔和端面用于安装刀具， 刀具夹爪；中间有刀具拉杆，刀具夹紧弹簧。 刀具夹爪；中间有刀具拉杆，刀具夹紧弹簧。
发展趋势
（1） 向高速大功率和低速大转矩方向发展 向高精度、 （2） 向高精度、高刚度方向发展 （3） 向精确定向（准停）方向发展 向精确定向（准停） 向快速起、 （4） 向快速起、停方向发展 （5） 向超高速方向发展 （6） 向标准化方向发展
自动换刀机构原理
电主轴自动换刀机构的组成
由刀具夹紧部分和松刀部分组成。 刀具夹紧部分主要由拉刀爪、拉杆、碟 形弹簧等组成，这一部分随主轴一起旋转。 松刀部分主要通过气缸来实现，气动装 置提供动力，实现夹紧和放松刀柄的动作。
电主轴
机械与精密仪器工程学院 李博
内容
电主轴简介概述 自动换刀机构原理 电主轴动画制作流程 总结
电主轴简介概述
概述
电主轴是高速数控加工机床的“ 电主轴是高速数控加工机床的“心脏部 件”。 由于高速加工不但可以大幅度提高加工 效率，而且还可以显著提高工件的加工质 量，所以其应用领域非常广泛，特别是在 航空航天、汽车和模具等制造业中。于是， 具有高速加工能力的数控机床已成为市场 新宠。
第四章 数控机床主传动系统
（c）双列圆锥滚子轴 承。这种轴承的特点 是内、外列滚子数量 相差一个，能使振动 频率不一致，因此， 可以改善轴承的动态 性能。轴承可以同时 承受径向载荷和轴向 载荷，通常用作主轴 的前支承。
（d）带凸肩的双列圆 锥滚子轴承。结构 和图（c）相似，特 点是滚子被做成空 心，故能进行有效 润滑和冷却；此外， 还能在承受冲击载 荷时产生微小变形， 增加接触面积，起 到有效吸振和缓冲 作用。
4. 电主轴
电主轴又称内装式主轴电机，即主轴与电机转子 合为一体，其优点是主轴部件结构紧凑、重量轻、惯 量小，可提高启动、停止的响应特性，利于控制振动 和噪声。转速高，目前最高可达200000 r/min。其缺 点是电机运转产生的振动和热量将直接影响到主轴， 因此，主轴组件的整机平衡、温度控制和冷却是内装 式电机主轴的关键问题
①轴承类型
（a） 锥孔双列圆柱滚子轴承：内 圈为1：12的锥孔，当内圈沿锥 形轴轴向移动时，内圈胀大，可 以调整滚道间隙。滚子与内外圈 线性接触，承载能力大，刚性好。 允许极限转速较高。对箱体孔、 主轴颈的加工精度要求高，且只 能承受径向载荷。
（b）双列推力向心球轴 承，接触角为60°。球 径小、数量多，允许转 速高，轴向刚度较高， 能承受双向轴向载荷。 该种轴承一般与双列圆 柱滚子轴承配套用作主 轴的前支承。
（e）高速电主轴轴承：
随着速度的提高，轴承的温度升高，离心力增加, 振动和噪声增大，寿命降低。
可采用磁浮轴承、液体动静压轴承、陶瓷球轴承 三种形式。磁浮轴承的高速性能好、精度高，容 易实现诊断和在线监控，但电磁测控系统过于复 杂。液体动静压轴承综合了液体静压轴承和液体 动压轴承的优点，但这种轴承必须根据具体机床 专门进行设计，单独生产，标准化程度低，维护 保养也困难。
数控机床电主轴系统结构特性分析
作者简 介 ： 温得英 （９ ８ ） 女 ， １７ 一 ， 青海互 助人 ， 讲师 ， 工学学士 ， 主要研究方向为先进制造技 术。
《 装备制造技术）ｏ ２ ２ １ 年第 ２ 期 司的实地考察（ 见图 ２ 现场实物图（ ）（ ）谈谈其 中 ａ 、ｂ ， 几项关键技术 的研究 ， 如主轴单元的冷却技术 、 高速 主轴的动平衡技术 、 主轴支承及其合理 的润滑方式等
图 １ 电 主 轴 结 构 转速 、 高精度 、 高
效率 、 响应快 、 功率等特点 ， 大 还包 括轻便 性 、 紧凑 性、 小振动 、 噪音等一些优点 ， 自动控制系统 可 低 其 以控制数控机床参数如主轴温升及振动等 ，所 以作
为数控机床的主要功能部件 ， 高速电主轴 ， 为更安全 可靠 以及高效的加工技术做 出了应有的贡献 ，也被 更广泛地应用于各种制造行业。
关键词 ： 数控机床 ； 电主轴 ； 结构 ； 分析 中图分类号 ：‘ ５ Ｔ Ｇ６ ９ 文献标识 码 ： Ａ 文章编号 ：６ ２ ５ ５ ２ １ ０ — ０ ４ ０ １ ７ — ４ Ｘ【 ０ ２ ０ ４ － ３ ２）
随着 当今数控机 床高速切 削技术的快速发展 ， 置和润滑装置等 ， 主轴 由前后轴承支承 ， 与电机 的转 高速电主轴 已成为 目前发展的普遍趋 势 ，而其几项 子被压配做成一体 ，电机的定子通过冷却安全套安 关 键技术 ： 主轴轴承技术 、 动平衡 技术 、 冷却技术及 装在主轴单元 的壳体 中，主轴变速 由主轴驱动模块 其 润滑技术等又是影 响和制约电主轴 发展水平的关 控制 ， 温升 由冷却装置来限制 ， 主轴前后端分别还装 键， 若能将各项关键技术水平得 以提高 ， 电主轴就能 有用于安装刀具 的内锥孔 和端面 、以及用于测速和 迈 向更高的 台阶 ，使得数控机床 向着更先进的技术 测角位移的传感器 ， 其结构简图如图 １ 所示 。 水平方向发展。高速电主轴 的切削技术 ， 因为其本身 所具有 的特性 之一高速性 ，可 以解决产品制造过程
国内数控机床用电主轴系统的发展
转 速 可 达 ６ Ｏ ０ ／ｍｉ 。 本 次 展 ０， ０ ｒ ｎ
同 档 次 的 技 术 性 能 ， 可 选 择 性 较 大 。 高 速 电 主 轴 的 最 高 转 速 及 功 率 、扭 矩 普 遍 提 高 。 有 的 还 采 用 了 传 感 技 术 对 振 动 进 行 监 测 和 诊
” 五 ” 期 间又 继 续 开 展 上 述 本 特 点 ： 十
动 、 多 面 体 加 工 、 并 联 机 床 、 复 了 用于 高速 数 控铣 的 ３ ０ ０ ／ｍ 于 主 机 厂 安 装 使 用 。 Ｏ０ｒ ｉ ｎ 内 装 式 电 主 轴 单 元 的 优 异 特 点 是 ２ ／ｍ ｎ电 主 轴 。 同 时 又 电 主 轴 由 安 装 在 尾 端 的 气 、 液 ０００ｒ ４ ｉ
断 。瑞 士 的 Ｉ ＢＡＧ、 Ｓｔ Ｐ—Ｔｅ ｅ Ｃ、
Ｆ ｃ ｅ Ｓｔ ａ —Ｈｅ ｋ 公 司 ， Ｉ ｈ ｓ ｒ ａ ｇ ｒ ｒ ｃ ｅｔ ｒ
机 床 厂 和 日本 大隈 合 作也 开 发 地 安 装 在 主 轴 上 。
会 电 主 轴 展 品 琳 琅 满 目 ．具 有 不 出 转 速 高 于 １ Ｏ ０ ／ｍｉ ０． ０ ｒ ｎ的 电 主
０ ｒ ｍｉ ５ ０， ０ ｒ ｍｉ 出 的 加 工 中 心 均 采 用 电 主 轴 配 １ ０ ０ ／ ｎ、２ Ｏ ０ ／ ｎ电 主 型 式 。
置 。 其 最 高 转 速 普 遍 为 １ ｏ ｏ一 轴 。北 京 机 电 研 究 院 、 上 海 第 二 ２． ｏ
２Ｏ
，
用 于 车 削 的 电 主 轴 动 力 卡
项信 息 —— Ｅ ０ ＭＯ２ ０３考 察 报 告 主 轴 。 与 此 同 时 ， 北 京 机 床 研 究 器 来 实 现 松 拉 刀 。 其 拉 刀 器 可
电主轴的应用场景
电主轴的应用场景
摘要：
1.电主轴的定义和作用
2.电主轴的应用场景
3.电主轴在不同场景下的优势
正文：
【电主轴的定义和作用】
电主轴是一种将电能转化为机械能的装置，主要应用于高速、高精度的机械加工场合。
电主轴通过将电能传递给电机，驱动电机转动，从而实现对工件的加工。
相较于传统的机械主轴，电主轴具有更高的转速、更高的精度和更低的噪音，因此在现代机械加工领域得到了广泛应用。
【电主轴的应用场景】
1.数控机床：电主轴在数控机床上的应用最为广泛，可以实现对各种金属和非金属材料的高速、高精度加工。
2.精密磨床：精密磨床对加工精度要求很高，电主轴可以提供稳定的高转速，满足精密磨床的高精度加工需求。
3.高速铣床：高速铣床需要高转速、高精度的切削速度，电主轴可以实现连续高速运转，提高加工效率。
4.木工机械：在木工机械中，电主轴可以实现对木材的高精度、高速度的加工，提高家具制造的精度和效率。
5.玻璃加工：在玻璃加工领域，电主轴可以实现对玻璃的高精度切割和磨边，提高玻璃制品的品质。
【电主轴在不同场景下的优势】
1.高转速：电主轴可以实现高转速运转，提高加工效率，尤其在高速铣床和精密磨床等场景下，效果尤为显著。
2.高精度：电主轴的精度可以达到微米级别，满足精密加工的要求，提高产品品质。
3.低噪音：相较于传统机械主轴，电主轴的噪音大大降低，提高了工作环境的舒适度。
4.节能环保：电主轴的能耗较低，减少了能源消耗，符合绿色环保的发展趋势。
主轴轴承常见的支撑形式
主轴轴承常见的支撑形式主轴轴承常见的支撑形式在机床工业中，主轴轴承的支撑形式对于确保机床的精度和性能至关重要。
以下是主轴轴承常见的支撑形式：1.弹性支撑形式弹性支撑形式是一种常见的支撑方式，它利用弹簧或橡胶垫等弹性元件将主轴支撑在轴承座中。
这种支撑形式的优点在于它可以吸收主轴和轴承座之间的误差和冲击，从而减少对机床精度的影响。
此外，弹性支撑形式还可以减少热膨胀对主轴的影响，确保机床的加工精度。
然而，由于弹性支撑元件的寿命相对较短，需要定期更换，因此这种支撑形式的维护成本相对较高。
2.液压支撑形式液压支撑形式是一种利用液压油的压力来支撑主轴的支撑形式。
主轴被放置在液压油缸中，通过调节液压油的液位来调整主轴的位置。
液压支撑形式的优点在于它可以提供均匀且稳定的支撑力，从而确保主轴的精度和稳定性。
此外，液压支撑形式还可以吸收冲击和振动，提高机床的性能。
然而，液压支撑形式的成本较高，并且需要专业的维护和管理。
3.机床主轴支撑形式机床主轴支撑形式是一种针对特定机床设计的支撑形式。
这种支撑形式通常根据机床的结构和性能要求进行设计，以确保主轴的精度和稳定性。
机床主轴支撑形式通常采用滑动轴承、滚动轴承或静压轴承等不同类型的轴承。
滑动轴承具有结构简单、制造成本低等优点，但易磨损、寿命较短。
滚动轴承具有较高的精度和寿命，但需要保持清洁、润滑，否则容易损坏。
静压轴承则具有极高的精度和稳定性，但需要精密的液压控制系统和冷却系统支持。
4.数控机床主轴的支撑形式数控机床主轴的支撑形式与普通机床主轴支撑形式略有不同。
由于数控机床需要实现高精度、高速度和高效率的加工，因此其主轴的支撑形式需要具备更高的性能要求。
一般来说，数控机床主轴的支撑形式采用电主轴或气动主轴等高速主轴系统。
电主轴是一种将电机直接安装在主轴上的驱动方式，具有高转速、高精度和高效率等优点。
气动主轴则利用气压来驱动主轴旋转，具有结构简单、无污染等优点，但需要精密的气动控制系统支持。
数控机床高速电主轴结构分析
主 轴 是 直 接 体 现 机 床 性 能 的 关 键 部 件。 目前 ， 数控 机 床 大量 采 用 内 装变 频 电动 机 的 主 轴 部 件 。 是 一 种 机 电一 体 化 的 功 它 能部 件 ， 电 动机 转 子 与 主轴 是 一 体 的 ， 其 无 需任 何 机械 连 接 。 改变 供 电的 频率 ， 可 以 就 实现 主轴 调 速 这 种 模 块 化 、 列 化 的 功 能 部 件 称 为 系 电 主轴 。 常 由具 有 设计 和 制 造 高 速 、 精 通 高 度 、 频 调 速 电 主 轴 丰 富 经 验 的专 业 公 司 变 提供 ， 品质 量 和 供 货 容 易 获 得 保 证 。 产
为“ 高频主轴 ”Ｈ ｇ ｒｑ ｅ ｃ ｐｎ ｌ） （ ｉ ｈ Ｆ ｅ ｕ ｎ ｙ Ｓ ｉｄ ｅ。 图ｌ 所示 为 电 主 轴 的结 构 简 图 ， 主 要 特征 其 是 将 电 动 机 内 置 于 主 轴 内 部 直 接 驱 动 主 轴 ， 现 电动 机 、 轴 一 体 化 的功 能 。 主 实 主 电 轴 由无 外 壳 电机 、 轴 、 承 、 轴 单 元 壳 主 轴 主 体、 驱动 模 块 和 冷却 装 置 等组 成 。 机 的转 电 子 采 用 压 配 方法 与 主 轴 做 成 一 体 ， 轴 则 主 由前 后 轴 承 支 承 。 机 的 定 子 通 过 冷 却 套 电 安装于主轴单元 的壳体中。 轴的变速 由 主 主 轴 驱 动 模 块 控 制 ， 主轴 单 元 内 的 温 升 而 由冷 却装 置 限 制 。 主 轴 的后 端 装 有 测 速 、 在 测 角位 移 传 感 器 ， 前端 的 内 锥 孔 和 端 面 用 １高速 电主轴的特点 高速 运 转 的 电主 轴 的 主 轴 形 式 是 将 主 于 安 装 刀具 。 工 作 原 理 和普 通 的 异 步 电动 机 的 工作 轴 电机 的 定 子 、 子 直 接 装 入 主 轴 组件 的 转 改 内部 ， 即把 高 速 电 机置 于 精 密 主轴 内部 ， 电 原 理 一 致 ， 变 输 入 电 动 机 定 子 绕 组 的 电 在 主轴 的 电 机转 子 就 是 主 轴 ， 轴 的 壳 体 就 流 频 率 和 励 磁 电压 获 得 各 种 转 速 。 加 速 主 通 减 是 电机 的 机座 ， 现 了 变 频 调 速 电机 和 主 和 制 动 过 程 中 ， 过 改 变 频 率 进 行 加 ／ 实 以免 电动机 温 升 过 高 。 由于 电动机 旋 转 轴一 体 ， 机 直接 驱 动 主轴 ， 成 电 主 轴 。 速 ， 电 形 电 主 轴 取 消 了 电 机 到 主 轴 传 动 链 中 的 齿 磁 场 的 方 向取 决 于输 入定 子 三 相 交 流 电的 故 便 轮 、 带等 一 切 中 间环 节 ， 力源 对 主 轴 的 相序 ， 改 变 电主 轴输 入 电流 的 相 序 ， 可 皮 动 直 接 传 动 ， 动 链长 度 为零 ， 现 了机 床 主 改 变 电 主 轴 的 旋 转 方 向 传 实
电主轴与高速加工技术
材 料 切 除 速 度 （ｎｎ／ ｉ） ｉｉ ｒ ｎ ａ 表 面 质 量 （ｔ ｔ ｍ）
加工 时间（ ） ｈ
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Ｉ Ａ 的 ＨＦ ＢＧ Ｋ快 换 型 电主 轴 是 电 主轴 的尾 部 有 一 标 准 的 Ｂ Ｔ或 ＩＯ 锥 柄 ， 以 像 一 把 刀 Ｓ 可
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★ 展 览 会 介 绍 Ｅ ｈｂｔ ｎ － ｘ ｉｉｏ ｓ Ａ ｉ －
零件 ；
器 、 刀装 置等 。 换 电主轴 所 融 合的 技术 ：
５ ．高 速 机 床 的投 资可 以很 快 收 回 ，可 以缩 短交 货 期， 减小 车 间 占地 面积 ， 少工 人 数量 。 减 高 速加 工 采用 小直 径 刀具 、 切深 、 小 小切 宽 、 快速 多 次走 刀来提 高效 率 ， 传统 的加工 一般 采 用大 直 径 刀具 、 而 大切 深 、 大切 宽 ； 高速 加 工 的切 削力 大 幅度 减小 ， 要 的 需
高 速加 工技 术 （ Ｓ ）能使 我们 以 ＨＣ 尽量 短 的时 间加 工 出 质 量合 格 的零 件 ，
提高 一个 企业 的市场 反 应能 力 。下面 几 个 行 业 极 大 推 动 了 高 速 加 工 技 术 的 发 展 。 先是 电子行 业 ， 如计 算 机 、 动 首 例 移
刀具 直 径 （ｎ １ ｉｎ） 主轴 转 速 （／ ｎ ｒｍｉ）
的切 除量 甚 至达 到 ９ ％ ， 长 的加 工 时间使 经 营者 难 以 ０ 漫 忍受 ， 以这 两个 行 业欣 然接 受 了高速 切 削这 项新 技 术 ， 所 使得 加工 时 间缩 短到 了原来 的几 分 之一
电主轴的工作原理
电主轴的工作原理电主轴是一种用于机床加工的关键部件，它能够实现高速旋转，并提供必要的切削力和转矩。
本文将详细介绍电主轴的工作原理，包括结构组成、工作过程和性能特点等方面。
一、电主轴的结构组成电主轴主要由机电、轴承、主轴、冷却系统和传感器等组成。
1. 机电：电主轴通常采用交流机电或者直流机电，其功率大小取决于加工需求。
机电通过提供旋转力矩来驱动主轴进行高速旋转。
2. 轴承：轴承用于支撑和定位主轴，保证其稳定运转。
常见的轴承类型有滚动轴承和滑动轴承，可根据加工需求选择合适的轴承。
3. 主轴：主轴是电主轴的核心部件，负责承载切削工具和传递切削力。
主轴通常由高强度合金钢制成，具有良好的刚性和耐磨性。
4. 冷却系统：电主轴在高速旋转过程中会产生大量热量，为了避免过热对加工质量的影响，需要配备冷却系统，通过循环冷却液来控制温度。
5. 传感器：传感器用于监测电主轴的转速、温度和振动等参数，以确保其正常运行并及时发现异常情况。
二、电主轴的工作过程电主轴的工作过程可以分为启动阶段、稳定运行阶段和住手阶段。
1. 启动阶段：当电主轴启动时，机电会提供足够的起动力矩，使主轴开始旋转。
同时，冷却系统开始工作，确保主轴的温度在安全范围内。
2. 稳定运行阶段：一旦电主轴达到设定的转速，进入稳定运行阶段。
此时，机电通过恒定的电流供应持续提供驱动力矩，主轴保持稳定的旋转速度。
3. 住手阶段：当加工任务完成或者需要住手电主轴时，机电会逐渐减小电流供应，使主轴逐渐减速住手。
冷却系统继续工作，将主轴冷却至安全温度。
三、电主轴的性能特点1. 高速旋转：电主轴能够实现高速旋转，提供足够的切削速度和切削力，适合于高效率的加工需求。
2. 高精度：电主轴采用精密轴承和优质材料制成，具有较低的振动和轴向偏移，可保证加工精度。
3. 高刚性：主轴采用高强度合金钢制成，具有良好的刚性和抗变形能力，可承受较大的切削力和转矩。
4. 自动监测：电主轴配备传感器，能够实时监测转速、温度和振动等参数，及时发现异常情况并采取相应措施。
机床高速主轴_电主轴_性能测试技术进展_冯明
图 1 ＲO 评价体系
ＲＲO 反 应 了 主 轴 轴 心 轨 迹 周 期 性 的 误 差， XNＲＲO 反应了主轴轴心轨迹的随机性误差。在理 论上，通常 用 信 号 的功率谱密度 （ PSD） 来描述 NＲＲO，即信号 PSD 中除去周期性成分的面积的平 方根 σ 评价 NＲＲO 的大小。在实际工程应用中，也 常用在一段时间记录的轨迹的带宽来评价。根据相 关国 内 外 标 准 ［JB / T 10801. 2—2007］、 ［GB / T 17421］、［ISO 230-7∶2006E］ 和 ［ASME B89. 3. 4— 2010］，ＲunOut 体系主要用于主轴静态精度的评 价。采用该评价体系时，测试结果中包含了刀具 等的安装误差，在评价主轴动态精度时需要进行 误差分离。
图 7 主轴刚度系统模型
图 8 轴系受载变形
目前，国内对于轴系刚度的测试方法尚没有 统一的标准，对于不同类型主轴，其刚度测试时 加载点及测量点的位置，以及主轴刚度、轴承刚 度对主轴性能的影响仍有待研究。
2. 主轴刚度测试的方法 主轴刚度测试的关键在于如何对主轴进行加 载。常用的加载方式有接触式加载和非接触式加 载两种。接触式加载通常利用砝码或液 （ 气） 压 缸，通过套在被测主轴上的滚动轴承进行加载，如 图 9 （ a） 所示。这种加载方式可控性较低，且会对 回转精度造成干扰，只适用于主轴静止或转速较低 情况下的测试。对高速主轴进行非接触加载方面的 研究报道较少，且主要采用电磁加载的方式，即通 过电磁铁产生的电磁引力实现对主轴加载［6 －7］，如 图9 （ b） 所示。由于高速主轴的转速可达每分钟几万
（ 2） 运动误差 （ Error Motion） 评价体系
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69 2013 第 3 期·WMEM
主轴知识分享
高速加工技术越来越受到机械制造领域的关注，为了能提高整体加工效率，降低零件加工成本，获得较高加工精度和加工表面完整性，降低能耗、节省制造资源，有效抑制或减小切削振动，就必须使用超高速数控机床.高速电主轴单元作为高速机床的关键部件，其高转速、高精度、高刚性、低噪音、低温升、结构紧凑、易于平衡、安装方便、传动效率高等优点，使它在超高速切削机床上得到广泛的应用。
高速电主轴概述高速电主轴最早是用于磨削机床加工，逐步发展到加工中心电主轴及其他各行业机床主轴.传统的主轴一般是通过传动带、齿轮来进行传动驱动，而电主轴的驱动是将异步电机直接装入主轴内部，通过驱动电源直接驱动主轴进行工作，以实现机床主轴系统的零传动，形成“直接传动主轴”.从而减少中间皮带或者齿轮机械传动等环节，实现了机械与电机一体的主轴单元.电主轴不但减少了中间环节存在的打滑、振动和噪音的因素，也加速了主轴在高速领域的快速发展，成为满足高速切削，实现高速加工的最佳方案.2 高速电主轴的结构设计要求高速电主轴要求具备很高的工作性能，因此对其结构的设计、材质、加工工艺和检验等方面都有非常严格的要求.电主轴设计时，需要确定主轴的总体性能参数、主轴的实际结构（根据轴承形式、配置、驱动方法、润滑、等参数来确定）、主轴轴承的选型确认、轴承的寿命、主轴的刚度、危险速度、轴承游隙（预紧力）、主轴的尺寸（轴径、长度、轴承支距等）和主轴实际安装条件的要求等等因素.2.1 电主轴的转轴要求转轴是高速电主轴的主要零件之一，转轴的材料一般是经过轧制或锻造经切削加工的碳素钢或合金钢.它用来安装各种传动零件，使之绕其轴线转动，传递转矩或回转运动，并通过轴承与主轴机架或机座相联接.转轴带动工件或刀具旋转，完成表面成型运动，承受切削和驱动等载荷的作用.因此，对轴有很高的技术要求，在设计时应满足下列几方面的要求：(1) 节约材料，减轻重量，在特殊情况下选用合适的具有耐腐蚀性和耐高温性的材料；(2) 在结构上要受力合理、尽量避免或减少应力集中现象；(3) 提高足够的强度（静强度和疲劳强度）和刚度的结构措施；(4) 转轴在高速时的振动稳定性及良好的加工工艺性，保证精度要求；(5) 易于各个零件在轴上精确定位、稳固、装配、装拆和调整方便.在一般情况下，转轴结构设计成阶梯形，将内装的电机转子部件与转轴联接在一起形成整体部件，如图 2 所示.该转轴部件最大的优点是前后轴承组件、电机转子部件、平衡环均采用先进的感应加热下套工艺方法进行组装，无键槽的设计工艺方法，不但增加了转轴的刚度，同时，通过平衡环调整转轴整体动平衡量，最大限度地降低了转轴在旋转时由于偏心造成的振动和偏差.2.2 电主轴的电动机技术电主轴将机床主轴与电机合二为一，形成内装式主轴驱动系统，是机床的核心关键部件之一，它不但要实现高速、高精度、高刚度等要求，还必须要实现连续工作时输出的较大转矩力和承受较宽领域的恒功率运转范围.尤其是在转速要求较高且加减速操作频繁的领域，如加工中心、铣镗床、磨床、钻床等领域.交流主轴驱动系统根据电机类型分为感应电机电主轴驱动系统、永磁无刷同步电机主轴驱动系统以及开关磁阻电机主轴驱动系统.由于不同的机床要求不同的主轴输出性能（旋转速度、输出功率、动态刚度、振动抑制等），因此主轴的实际应用于选择需要精密相关［2］.目前主要采用感应电机交流主轴驱动系统，主轴功率设计时，电机需满足条件：（1）切削（实际工作）功率的要求；（2）主轴加减速时间所需功率要小于主轴电机的最大输出功率；(3)主轴频繁启动、制动时，需要计算平均功率，该功率要小于主轴电机的连续额定输出功率；（4）在要求时限表面恒线速切削的机床上，切削功率与恒线速所需功率之和应小于电机最大输出功率.内装式主轴电机结构紧凑，简化了机床的构造.因为转子安装在主轴上，降低了转轴在旋转时由于偏心造成的振动和偏差，而且获得较短的起动时间和制动时间，恒功率调速范围宽、噪声小、维修简单.但是，电机也是一个很大的发热源，要控制电机的温度，安装时最好选用有水冷的水套结构最佳轴承是高速电主轴的重要组成部分，它的类型、配置、精度对电主轴的工作性能、旋转精度有着很大的影响.电主轴一般采用角接触球轴承，主轴在高速旋转时，离心力引起的内圈膨胀、球旋转时离心力会引起内部负荷以及内外圈的温度差等均会使轴承内部的球和内外圈滚道之间的接触应力增大.而且，采用角接触球轴承这样有着接触角的轴承，在旋转中伴随着自转滑动和旋转时的滑动等各种形式的滑动而产生滚动接触，这些滑动随着转速增加而加大，因此接触部分的发热也会变大，特别是采用油脂润滑的轴承，由于润滑油的粘度下降，有时候甚至会出现缺少润滑油膜而烧伤的情况.高速电主轴轴承的选用要根据切削负荷大小、形式和转速的要求，优先选用陶瓷触球轴承.与钢球轴承相比，陶瓷球轴承优点有：（1）钢与陶瓷组成的陶瓷球轴承摩擦性能特好，能降低材料与润滑剂的应力；（2）因密度较低，可降低运转时的离心力；（3）较低的热膨胀系数能有效的降低轴承预压负荷的变化；（4）较高的弹性模数，使轴承的刚性更高.陶瓷球轴承在高速及重载的条件下，可获得高刚度、低温升和长寿命的效果，可以提高主轴的整体精度.2.4 电主轴的预紧力技术电主轴在选用轴承时，需要考虑机床主轴的刚度，固定在主轴上的轴承类似于弹簧的作用，主轴端部承受轴向负荷时，主轴的位移由固定轴承的轴向刚度来决定.当轴前端承受径向负荷时，轴端位移应考虑轴的弯曲变形.单列角接触球轴承接触角愈大，承受轴向载荷的能力愈高，在承受径向载荷时，同时产生轴向力，必须施加反向轴向力，所以，一般成对使用.当需要较大径向刚度时，可使用圆柱滚子轴承与角接触轴承配合安装，轴向负荷由角接触球轴承来承受.通常高速电主轴采用成对双联角接触球轴承组合安装，施加适当的预紧力，安装后有预过盈，消除轴承中间的游隙，因此提高了载荷能力、刚度和旋转精度，同时可以增加轴承的使用寿命，抑制轴的振动和异音，防止假性布氏压痕现象和高速旋转时滚动体的滑动现象产生等［3］.机床主轴在工作时，为实现取得较高的刚度，一般对轴承加上预紧力，但是需要注意的是预紧力不可过大，否则将会引起轴承烧伤现象或剥落损坏.主轴的预紧方式一般包括：（1）定位预紧，即组合轴承的轴向相对位置在使用过程中不会改变.（2）定压预紧，即通过圆柱弹簧、蝶形弹簧对轴承施加适当预紧的方法，在使用过程中即使轴承的相对位置发生变化，预紧量也能基本保持恒定.一般情况下，为提高主轴刚度时适合采用定位预紧，高速旋转时适合采用定压预紧的方法.2.5 电主轴的润滑技术高加工精度的机床主轴，不是单纯实现高速旋转，而且要抑制温度上升和减小热变形.一般主轴的润滑方式有：油脂润滑、油雾润滑、喷射润滑和油气润滑.不同类型的电主轴，要根据具体的特性选用适合的润滑方式.一般情况下，油脂润滑用于主轴高速运转比较普遍，但是受到极限转速的影响，填充适量的油脂时才能达到最高数值，油脂的填充量为轴承内部空间体积的10%～20%，填充太多，在进行初期运转时会产生异常发热，导致油脂劣化.在高速旋转时为保持较低的运转温度，可使用供油量少的油雾或油气润滑方式，它可以延长使用寿命、减少摩擦损耗、降低温升，并与密封装置一起保护轴承不受外物的侵入和防止腐蚀.油雾润滑是利用压力使润滑油雾化，再顺着进油通道喷射到轴承的方法；而油气润滑是通过喷嘴定量、定时间歇性的喷射出微量的润滑油，通过混合阀将其压缩空气中润滑油慢慢引出，每套轴承都需要一条单独的油路连续不断的向轴承供油的方法.不同润滑方式特性比较见表电主轴的动平衡技术高速机床的广泛应用，加速了主轴对转速的高要求.转速的提高使机床主轴各零部件在加工制造过程中，首先对材质提出了的较高要求，包括转轴毛胚是否有缺陷、材质是否均匀、形状是否对称及加工装配是否有误差等各个方面.电主轴的动平衡也是装配前的关键环节，动平衡的高低直接影响主轴单元的噪声、振动、发热等性能标.通常在完成零部件加工后，转轴首先需要做单体动平衡试验，使转轴不平衡离心力降到最小值，接着安装上螺母等单体逐步进行动平衡试验，待组装后还要对整机进行动平衡试验，通过数据显示达到理想的动态性能，从而提高主轴整机系统的动态精度，延长轴承及整个主轴系统的寿命.由于转轴上附加的零件偏多，装配前可能无法一一平衡，因此，必要时可做在线动平衡试验.同时，为方便调整电主轴整机的平衡，通常应在转轴前后螺母上预留数个平衡螺孔，以保证转轴在高速运转的平稳性［5］.3 高速电主轴的发展国内电主轴研究启蒙阶段为20 世纪60 年代，主要以内圆磨削为主体，多数为仿制技术.到20 世纪70年代到80 年代，随着国内技术的发展，电主轴的广泛应用，我国自行开发研制了高速电主轴，电机的功率也大大提高了30%左右，广泛应用于磨削领域.到20 世纪90 年代以后，数控CNC 技术的研发，大大推动了电主轴在机械领域的应用，铣削加工中心电主轴单元使电主轴越来越多的应用到高速雕铣行业中.21 世纪以来，国内研制电主轴的技术得到快速发展，采用了先进的技术与加工方法，使电主轴具有高转速、高精度、高刚性、低噪音、低温升、结构紧凑、易于平衡、安装方便、传动效率高等优点，生产出适合各个行业领域的电主轴与机械主轴.国外从事高速数控机床电主轴研发与生产的技术较早，著名的企业中尤以GMN 公司、IBAG 公司、Fanuc 公司、Ingersoll 公司、Okuma 公司等几家的技术水平代表了这个领域的世界先进水平.我国电主轴的设计制造技术与国外技术相比，无论是性能、品种和质量还有较大的差距.国外高性能电主轴有以下几个特点：（1）主轴低速输出扭矩大，转速高；（2）采用高速、高刚度陶瓷球轴承和液体动静压轴承，润滑方式采用油气润滑；（3）配套的控制系统，如交流伺服控制技术、自动平衡系统、润滑控制系统、电机冷却系统等方面［6］.德国Diebold公司历程1952年：成立Diebold1970年：开始生产刀柄1980年：开始为欧洲知名的机器制造商生产主轴部件1990年：开始生产带装配的主轴单元1997年：开始生产高频主轴2007年：开始生产锥度规2006年：在一个全空调建筑中生产主轴，在洁净室中安装主轴2015年：交付超过20,000个主轴单元2016年：安装温度等级为2的测量室（每米温度+/- 2开尔文）2018年：主轴采用1微米精度的轴承座德国戴博DIEBOLD公司是德国***的刀柄生产商,可生产DIN69893的HSK刀柄，DIN69871A 及B的SK刀柄，MAS-BT刀柄，品种达到5000多个包括液压锁紧和热涨锁紧，其生产的热装设备为客户解决了刀柄的安装问题，同时Diebold公司还生产机床的高频电动主轴和对刀仪设备,如Chrion ,EMAG , Deckel-Maho , Heller等德国知名机床制造商均已***使用了戴博公司的电动主轴。
速机床电主轴过盈配合量的计算
速机床电主轴过盈配合量的计算更新时间：2009-08-03 14:52:271前言高速机床是现代高速加工技术发展的需要，高速主轴单元作为高速机床的核心部件，应具有以下两个基本特征［1］：首先，应具有较高的转速。
衡量主轴速度的指标是d m.n值，高速主轴的d m.n值一般要求达到1.0×106以上，并具有较宽的恒功率调速范围、良好的升降速特性和快速准停功能。
目前，中等尺寸高速加工中心的最高主轴转速为12000～60000 r／min。
其次，高速主轴应有较大的功率。
尽管在高速切削条件下切削力会下降，切削过程会变得较轻松，但由于切削速度很高，单位时间内消耗的能量也会明显增大，因此需要有较大的功率。
目前，高速加工中心的主电机功率为10～45 kW。
传统的“主电机+皮带传动+齿轮变速”的主传动方式，由于传动链长，传动效率低，而且在高速下传动系统的转动惯量很大，使系统很难获得较高的角加(减)速度；动态和热态特性差，因此难以适应高速数控加工的要求。
目前，能较好地适应高速加工需要的主轴型式是电主轴，即采用无外壳电机直接驱动。
在我校研制的GD-Ⅱ型电主轴中，电机的转子直接装配在主轴上，电机的定子则与主轴单元的外壳配合，省去了皮带轮和齿轮箱等一整套中间传动环节，采用变频器进行主轴的无级调速，实现了主轴系统的零传动［2］。
该主轴系统由于没有中间传动链，结构紧凑、惯性小，具有较好的动态响应特性，能实现快速启动、变速、准停，并具有较好的C轴控制功能。
为了保证高速切削，主轴应具有良好的运动精度和传动能力，主轴零部件应具有良好的加工精度和表面质量，而且还应具有良好的装配精度。
为了易于达到精确的动平衡，电机转子与机床主轴之间采用了无键过盈联接，并以此形成扭矩传递能力。
过盈量的大小直接影响电主轴的性能，过盈量过大会使主轴装配困难，影响装配精度，甚至破坏配合表面；过盈量过小则会影响主轴传递扭矩的能力。
因此，必须对电机转子与机床主轴间的过盈量进行认真研究，以适应高速电主轴设计工作的需要。
机床机械结构
机床机械结构1、数控机床与普通机床比较，具有下列特点：(1)所选用电机的区别普通的交流异步电机或传统的直流调速电机已逐步被新型的交流伺服电机和直流伺服电机所代替。
(2)变速范围大(3)转速高，功率大(4)主轴速度的变换迅速可靠数控机床主传动系统主要有以下三种配置方式：（1）带有变速齿轮的主传动（如图a）（2）通过带传动的主传动（如图b）（3）由伺服电动机直接驱动的主传动2、数控机床主轴的变速形式(1)带有变速齿轮的主传动通过少数几对齿轮变速，使之成为分段无级变速，确保低速时有足够的扭矩，以满足主轴输出扭矩特性的要求。
滑移齿轮的移位大都采用液压拨叉或直接由液压缸带动齿轮来实现。
2）通过带传动的主传动带传动主要应用在小型数控机床上，具有如下优点：①无滑动，传动比准确；②传动效率高，可达98％以上；③传动平稳，噪声小；④使用范围较广，速度可达50m/s，传动比可达10左右，传递功率由几瓦至数十千瓦。
⑤维修保养方便，不需要润滑。
同步带传动也有许多不足之处，如其安装时中心距要求严格，带与带轮制造工艺较复杂，成本高。
同步带又称复合三角带，端面为多楔型，它利用同步带的齿形与同步带轮的轮齿依次相啮合来传递运动或动力。
同步带传动能满足数控机床主传动高速、大转矩和不打滑的传动要求，在数控机床主传动系统中得到广泛的应用。
(3)由伺服电动机直接驱动的主传动这种主传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输出扭矩小，电动机发热对主轴的精度影响较大，主要用于高速轻载的中小型机床。
这种主传动所采用的电动机一般为直流主轴电机，在低于特定转速时为恒扭矩输出，高于特定转速时为恒功率输出。
机床的主轴部件是机床重要的部件之一，它带动工件或刀具执行机床的切削运动。
因此数控机床主轴部件的精度、抗振性和热变形对加工质量有直接的影响。
主轴部件包括：1主轴轴承2刀具的自动夹紧机构3主轴的准停装置(1)数控机床的主轴轴承配置形式如图所示：①前支承采用圆锥孔双列圆柱滚子轴承和双向推力角接触球轴承组合，后支承采用成对角接触球轴承（a）。
高速加工机床的合理选用
高速电主轴由内装交流高频伺服电动机直接驱 动 ,机床转速高 、功率大 、结构简单 、高转速下可保持良 好的动平衡 。与传统的皮带和齿轮传动相比 ,高速电 主轴更具有高速运转的可靠性与安全性 ,且具有高速 恒功率 、低速恒转矩的输出特性 。但电主轴的电动机 不易散热 ,影响了机床高速时的加工精度稳定性[1 ,2 ,5] 。
工。 因此选取主轴切削速度时 ,必须综合考虑工件材
料和硬度 、刀具寿命 、零件的生产工艺流程及主轴负载 功率等诸因素 ,大致确定所需要的最大工作切削速度 。 主轴的工作转速可由该切削速度和刀具直径换算得 到 ,机床主轴所能够达到的最高转速应大于该工作转 速 (如图 2 所示) ,以确保高速加工的安全性和可靠性 。 1. 1. 2 高速主轴的结构形式
如图 1 和图 2 所示 ,不同工件材料具有不同的高 速加工临界转速值及其特定的最佳高速切削转速范 围 ,而且影响不同材料工件的高速加工过程的主要因 素也不同 。例如 ,航空铝合金材料的高速加工主要受 机床主轴转速及材料熔点的限制 ,而刀具寿命并非主 要限制因素 。高速加工合金模具钢时 ,由于材料硬度 一般都超过 50 HRC ,比较难以加工 ,其限制高速加工 的切削速度的主要因素就是刀具寿命 ,而不是机床的 主轴转速 。
作者 :陈民 ,米克朗中国有限公司总经理 ,北京市 朝阳区左家庄国门大厦 C 座 2M ,电话 : (010) 64606822
(编辑 符祚钢)
(收稿日期 :2003 - 02 - 13)
Ξ 广东省“十五”科技重大专项计划项目
高速电主轴
油－气润滑设计
供油部分
供气部分
油气混 合部分
油气分 配部分
原理图
电主轴的冷却
电主轴两个主要的内部热源：内装式电动机的损耗 发热、轴承摩擦发热 冷却系统：针对定转子和轴承的发 热
温升的影响 （1）主轴、工件热变形； （2）导致永磁体的永久退 磁, 直接影响电机性能；
电主轴的动平衡技术
• 动平衡的稳定性决定了机床的加工质量和切削能力。 • 振动过大会出现剧烈的磨耗和破损, 增加主轴承载的动态 负荷, 降低寿命和精度。
谢谢！！
电主轴关键技术
电主轴的要求
转轴是高速电主轴的主要零件之一， 转轴的材料一般 是经过轧制或锻造经切削加工的碳素钢或合金钢
• 要求： • (1) 耐腐蚀性和耐高温性的材料； • (2) 在结构上要受力合理、尽量避免或减少应力集中现象； • (3) 足够的强度（静强度和疲劳强度）和刚度；
• (4) 高速时的振动稳定性及良好的加工工艺性，保证精度要求；
电主轴
结构原理图
1.前轴承 2.定子 3.冷却水套 4.壳体 5.出水管 6.进气管 7.主轴 8.转子 9.进水管 10.后轴承
高速电主轴的优点
(1) 电主轴由内装式电动机直接驱动，省去了皮带、齿轮联 轴节等中间变速和传动装置，具有结构简单紧凑、效率高、 噪声低、振动小和精度高等特点。 （2）利用交流变频技术，电主轴可以在额定转速范围内实 现无级变速。 （3）电主轴更易于实现高速化，其动态精度和稳定性更好。 （4）由于没有中间传动环节，电主轴工作时运行更加平稳， 其精度寿命更长。 （5）实现电机和主轴的一体化、单元化，促进了机床模块 化和其他技术的发展。
（２）氮化硅陶瓷球轴承 具有转速高、温升低、 等优良特性，可弥补钢制 球轴承的不足，显著提高 电主轴的转速、刚度和寿 命。
高速电主轴
高速电主轴- 介绍高速电主轴是高速加工中心的核心部件。
在模具自由曲面和复杂轮廓的加工中，常常采用2～12mm较小直径的立铣刀，而在加工铜或石墨材料的电火花加工用的电极时，要求很高的切削速度，因此，电主轴必须具有很高的转速。
目前，加工中心的主轴转速大多在18000～42000r/min，瑞士Mikro的高速加工中心XSM400U/XSM600U其主轴转速已达54000r/min。
而对于模具的微细铣削(铣刀直径一般采用0.1～2mm)，则需要更高的转速。
横林精工-高速电主轴如德国Kugler公司的五轴高精度铣床，其最高主轴转速达160000r/min(采用空气轴承)，这样的高转速，当采用0.3mm直径的铣刀加工钢模时，就可达到150m/min的切削速度。
目前，德国Fraunhofer生产技术研究所正在开发转速为300000r/min的空气轴承支撑的主轴。
加工模具时，总是采用很高的转速，而高转速产生的发热，以及切削时可能产生的振动是影响模具加工精度的重要因素。
为保证高速电主轴工作的稳定性，在主轴上装有用来测量温度、位移和振动的传感器，以便对电机、轴承和主轴的温升、轴向位移和振动进行监控。
由此为高速加工中心的数控系统提供修正数据，以修改主轴转速和进给速度，对加工参数进行优化。
当主轴产生轴向位移，则可通过零点修正或轨迹修正来进行补偿。
高速电主轴- 高速电主轴购买需知关于高速电主轴高速电主轴运转速度是通过变频器的驱动来实现的。
您可以自己选用变频器，当然也可以将这项工作交由我们来为您代劳，我们将为您匹配好变频器的参数和主轴参数，减少您的麻烦。
关于选型选购主轴时，请告知我们：你在我们网上所选用的主轴型号；或者告诉我们主轴的相关参数，比如：主轴工作电压、主轴的外径、主轴的功率、主轴的转速、主轴的轴端连接、主轴的冷却方式（水冷/自冷/风冷）等，我们将为您推荐最合适的产品。
关于包装及运输方式您所选购的主轴将用高密度的泡沫箱及纸箱包装。
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（2）高速进给系统 ）
2）直线电动机 1993年德国 -cell_O公司在汉诺威国际机床博览会展出了世界上 1993年德国Ex-cell_O公司在汉诺威国际机床博览会展出了世界上 年德国Ex 第一台直线电动机驱动工作台的HSC—240型超高速加工中心 型超高速加工中心， 第一台直线电动机驱动工作台的HSC—240型超高速加工中心，主轴 转速24000r/min，最大进给速度60m/min 转速24000r/min，最大进给速度60m/min 直线电动机的动子和工作台固连，定子则安装在机床床身上，取消滚 直线电动机的动子和工作台固连，定子则安装在机床床身上， 珠丝杠和其他一切中间机械传动环节，实现了加工中心进给系统“零 珠丝杠和其他一切中间机械传动环节，实现了加工中心进给系统“ 传动” 传动”。 最大进给速度可达80~Байду номын сангаас80m/min 速度高 ，最大进给速度可达80~180m/min 加速度大，2~10g 加速度大，2~10g 定位精度高，以光栅尺为位置测量元件，采用闭环反馈控制系统， 定位精度高，以光栅尺为位置测量元件，采用闭环反馈控制系统，工 作台定位精度高达0.1~0.01微米 微米。 作台定位精度高达0.1~0.01微米。 行程不受限制。美国Cincinnati公司开发的 公司开发的SuperMach大型高速 行程不受限制。美国Cincinnati公司开发的SuperMach大型高速 加工中心， 轴的行程长达46m,采用直线电动机 采用直线电动机. 加工中心，其X轴的行程长达46m,采用直线电动机.
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5.1高速加工中心的速度指标 高速加工中心的速度指标
国外文献：对高速切削有两种表述方法：一种叫High 国外文献：对高速切削有两种表述方法：一种叫High Speed Machining (HSM),另一种叫High Velocity Machining(HVM) (HSM),另一种叫 另一种叫High 高移速加工 一种观点：比传统的切削速度高时，就可以称HSM， 一种观点：比传统的切削速度高时，就可以称HSM，当切削速度达 一定值，才可以称HVM 一定值，才可以称HVM 高速加工比较合理说法：切削速度达到一个相对高的量级，不仅材料 高速加工比较合理说法：切削速度达到一个相对高的量级， 切除率大大提高，切削力下降，工件的温升较低，热变形小，刀具的 切除率大大提高，切削力下降，工件的温升较低，热变形小， 耐用度高。 耐用度高。
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3.高速加工中心的基本特征 高速加工中心的基本特征
加工中心和普通数控机床的主要区别有以下四点： 加工中心和普通数控机床的主要区别有以下四点： 1）有自动换刀装置，能实现工序间的自动换刀，这是加 有自动换刀装置，能实现工序间的自动换刀， 工中心标志性结构。 工中心标志性结构。 2）三坐标以上的全数字控制 3）多工序功能，一次装夹中，尽可能完成多工序加工 多工序功能，一次装夹中， 4）配置自动更换的双工作台，实现机床上、下料的自动 配置自动更换的双工作台，实现机床上、 化。 辅助工时大大缩短， 辅助工时大大缩短，机床的工艺可能性和加工精度也达到 高精度。 高精度。
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（2）高速进给系统 ）
图中直线电动机与滚珠丝杠加速度性能比较。滚珠丝杠从0 图中直线电动机与滚珠丝杠加速度性能比较。滚珠丝杠从0至 25m/min，需时0.5s；而直线电动机从0至75m/min，只需 25m/min，需时0.5s 而直线电动机从0 75m/min， 0.05s 电动机优良的加速性能较好。 0.05s。电动机优良的加速性能较好。 直线电动机缺点：电动机发热、 直线电动机缺点：电动机发热、磁场对切屑和铁屑工具有吸附作用以 及成本较高。 及成本较高。
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2.“零传动理论” “零传动理论”
以往的机床，不论是普通机床还是数控机床，从动力源到执行部件， 以往的机床，不论是普通机床还是数控机床，从动力源到执行部件， 要经过一系列的带、齿轮、离合器、联轴器、丝杠、螺母等中间环节， 要经过一系列的带、齿轮、离合器、联轴器、丝杠、螺母等中间环节， 转动惯量，元件要弹性变形，摩擦磨损和反向间隙） （转动惯量，元件要弹性变形，摩擦磨损和反向间隙）影响对运动指 令的快速反应。 令的快速反应。 解决方法：根本上解决问题， 解决方法：根本上解决问题，则最好取消从电动机到工作部件之间的 一切中间传动环节，使电动机和机床的工作部件合二为一， 一切中间传动环节，使电动机和机床的工作部件合二为一，从而使传 动链的长度等于零，实现机床的“零传动” 动链的长度等于零，实现机床的“零传动” 零传动是现代高速机床的基本特征， 零传动是现代高速机床的基本特征，它不但大大简化机床的传动与结 更重要提高机床动态灵敏度、加工精度和工作可靠性。 构，更重要提高机床动态灵敏度、加工精度和工作可靠性。 电主轴是实现高速机床主运动系统“零传动”的典型结构。 电主轴是实现高速机床主运动系统“零传动”的典型结构。 直线电动机高速进给单元是高速机床进给系统实现“零传动” 直线电动机高速进给单元是高速机床进给系统实现“零传动”的典型 代表。 代表。
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（3）自动换刀技术的改进 ）
1）高动作速度，采用机械凸轮式的换刀机构 高动作速度， 2）设计和布置刀库与换刀装置 3）采用新的方法进行刀具快速交换。可以考虑不用刀库和机械手方 采用新的方法进行刀具快速交换。 式。 4）采用适合高速加工的HSK刀柄 采用适合高速加工的HSK刀柄
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3）并联（虚拟轴）机构 ）并联（虚拟轴）
为了实现任何的坐标移动，牵动电主轴的六根实轴都必须运动。 为了实现任何的坐标移动，牵动电主轴的六根实轴都必须运动。 六根杆的伸缩既可用滚珠丝杠，也可用直线电动机。 六根杆的伸缩既可用滚珠丝杠，也可用直线电动机。 这种并联机构也有速度高、加速度大和刚度好等优点。 这种并联机构也有速度高、加速度大和刚度好等优点。
教师：高永祥 2009年 2009年9月
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高速切削机床和加工中心
背景 采用枪和炮来做高速切削实验 高速电主轴单元的研制成功 真正实现高速、 真正实现高速、高加速进给运动的直线电动机在机床上的 成功应用 高速机床的应用则是现代机床工业的第二次革命
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1。高速加工对机床的特殊要求 。
高速机床与普通机床的区别 （1）主轴转速高、功率大 主轴转速高、 转速：一般大于10000r/min 主电动机功率：15~80KW 转速：一般大于10000r/min 主电动机功率：15~80KW （2）进给量和快速行程速度高 进给量：60~100m/min，常规10倍左右 进给量：60~100m/min，常规10倍左右 （3）主轴和工作台运动都有极高的加速度 主轴从启动到最高转速只用1~2S 工作台加、 主轴从启动到最高转速只用1~2S。工作台加、减速也由常规数控机 床的0.1~0.2提高到 床的0.1~0.2提高到1~8g。（没有高的加速度，工作部件的高速度 提高到1~8g。（没有高的加速度， 没有高的加速度 是没有意义的）“速度设计”进行“加速度设计”的时代 是没有意义的） 速度设计”进行“加速度设计” 机床要有优良的静、 （4）机床要有优良的静、动态特性和热态特性 机床各运动部件之间作速度很高的相对运动， 机床各运动部件之间作速度很高的相对运动，运动副接合面之间将发 生急剧的摩擦和发热 快速刀具交换、 快速刀具交换、快速工件交换以快速排屑等装置
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4.加工中心的高速化 加工中心的高速化
数控机床生产总量中，加工中心占有50%的份额。 的份额。 数控机床生产总量中，加工中心占有50%的份额 加工中心主轴转速达到60000~80000r/min 加工中心主轴转速达到60000~80000r/min 使用直线电动机的快速进给超过100m/min 使用直线电动机的快速进给超过100m/min 加减速度可达到3g~6g。 加减速度可达到3g~6g。 高速度、高精度、 高速度、高精度、高刚度就成为对现代高速加工中心的基 本要求。 本要求。 欧州国家生产的高速加工中心，标准定位精度为8 例：欧州国家生产的高速加工中心，标准定位精度为8微 重复定位精度为4微米。 米，重复定位精度为4微米。 大批量零件的生产线上， 大批量零件的生产线上，高速加工中心不仅实现了柔性生 产。
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高速加工中心的典型结构
1.立式高速加工中心 1.立式高速加工中心 刀具主轴垂直设置。 刀具主轴垂直设置。 运用电主轴 工作台运动变成刀具主轴（立柱）作进给移动，工作台固定不动。 工作台运动变成刀具主轴（立柱）作进给移动，工作台固定不动。 为了减轻运动部件的质量，刀库和换刀装置ATC不宜再装在立柱的侧 为了减轻运动部件的质量，刀库和换刀装置ATC不宜再装在立柱的侧 而把它固定安装在工作台的一侧， 面，而把它固定安装在工作台的一侧，由立柱快速移动至换刀位置进 行换刀。 行换刀。
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5.高速加工中心的技术特征 高速加工中心的技术特征
1.提供高旋转速度的主轴部件， 1.提供高旋转速度的主轴部件，高移动速度的进 提供高旋转速度的主轴部件 给系统以及相关的元部件和技术就构成了高速加 工中心的基本技术体系。 工中心的基本技术体系。 高速加工中心的技术特征： 高速加工中心的技术特征： 一高速切削的技术指标； 一高速切削的技术指标； 二是实现高速切削的机床结构特征。 二是实现高速切削的机床结构特征。
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（2）高速进给系统 ）
目前高速进给系统主要有三种方案： 目前高速进给系统主要有三种方案： 1）滚珠丝杠 “旋转电动机+滚珠丝杠”仍是加工中心和其他数控机床进给系统的 旋转电动机+滚珠丝杠” 一统天下” “一统天下”。 缺点：转动惯量大、扭转刚度低，传动误差大、摩擦磨损和发热严重、 缺点：转动惯量大、扭转刚度低，传动误差大、摩擦磨损和发热严重、 弹性变形引起工作台爬行。最大直线速度为30~60m/min， 弹性变形引起工作台爬行。最大直线速度为30~60m/min，加速 度只有0.2~1g. 度只有0.2~1g. 解决：采用大导程的滚珠丝杠，可提高进给速度，但发热大大增加， 解决：采用大导程的滚珠丝杠，可提高进给速度，但发热大大增加， 造成严重的热变形， 造成严重的热变形，可以采用空心丝杠通冷却油的方法来减少热变形 误差。 误差。