电主轴故障分析PPT课件

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• 电主轴单元俗称ElectricSpindle,Motor Spindle是数控机床的核心部件，其性能好 坏很大程度上决定了机床的加工精度和生 产效率，随着市场对高速高效加工的需求， 研究电主轴的动态特性显得非常有必要。 在设计电主轴的时候,总是尽量使其刚度最 大化,然而电主轴的总体刚度受到轴承－转 子系统的限制,因此研究轴承－转子系统的 动态特性对研究电主轴的动态特性及数控 机床的切削稳定性有重要意义。 [1]
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• 目前我国功能部件的生产厂家有4种类型： “院所型”，由研究所、大专院校以技术 支撑发展而来的企业；“主厂型”，由主 机厂逐步分离出来以生产某种功能部件为 主发展起来的企业；“民企型”，在江浙 一带大量涌现的民营企业，以劳动密集型、 单一品种为主；“外商合资或是独资型”， 生产部分较高水平的功能部件，但批量较 小，没有独立的开发能力。
电主轴的故障诊断技术
俞锋 12721447
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1.什么是电主轴
• 电主轴是最近几年在数控机床领域出现的 将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术。
机床主轴
主轴电机
电主轴
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2.电主轴的概述
• 电主轴作为一项新技术，它与直线电机技术、高速刀具技 术一起，把高速加工推向一个新时代。电主轴是一套组件， 它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、换刀装置等。电动机 的转子直接作为机床的主轴，主轴单元的壳体就是电动机 机座，并且配合其他零部件，实现电动机与机床主轴的一 体化。
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• 解决措施 首先检查电源电压、电流和功率, 检查供电状况 是否正常; 根据电主轴的电气参数重新调整变频器; 然后, 再检查定子绕组的对地绝缘和三相绕组平衡 状态, 一旦发现故障, 立即进行维修。如果定子与 转子之间气隙过小, 修磨转子外径, 使定、转子间 隙维持设计值。如果零件相互之间存在摩擦, 则修 磨零件的外径, 确保它们之间有足够的间隙。修正 预载荷给定值, 也可以改善电主轴的启动状况。因 此, 当电主轴出现启动困难时, 应针对装备寻找出 具体解国内生产的有以 下几个特点 :①功率大、转速高。②采用高速、高 刚度轴承。国外高速精密主轴上采用高速、高刚 度轴承，主要有陶瓷轴承和液体动静压轴承，特 殊场合采用空气润滑轴承和磁悬浮轴承。③精密 加工与精密装配工艺水平高。④配套控制系统水 平高。这些控制系统包括转子自动平衡系统、轴 承油气润滑与精密控制系统、定转子冷却温度精 密控制系统、主轴变形温度补偿精密控制系统等。
☆滚珠轴承外环内滚道磨削
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☆陶瓷零件和光学玻璃等脆硬零件的加工。 ☆内燃机喷油嘴内孔磨削。 ☆用作精密雕铣的雕刻机主轴头。 ☆作为高速精密磨具还用于磨削轴承环的内孔，
弹簧夹头的内孔及模具导套的内孔等。 由上可以看到，气静压电主轴在国外已经在众多 生产大行业中成功应用。如半导体、轴承、模具、 喷油咀、汽车、印刷电路板、雕刻机、陶瓷零件 加工、光学玻璃加工等大行业中。我国在应用方 面存在很大差距，潜在的市场很大。
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电主轴的实际应用
• ☆在高速加工机床上的应用 最近日本东芝机械公司（TOSHIBA MACHINE.CO）已生 产有主轴头为高刚性超精密气静压电主轴的高速加工机床， 机床型号为F-MACH 442和F-MACH 644两种，主轴转 速为6000~30000rpm轴移动量（X×Y×Z） 400×400×200mm和600×400×400mm，工作台面积 为600×450mm和1100×450mm，可用于加工精密模具 等。 ☆半导体硅片的切割和磨削 ☆印刷电路板微小孔的钻孔 ☆汽车零件内孔磨削。
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电主轴在国内的状况
• 国内电主轴的现状是很明显的,即电主轴的 国产化低,电主轴的国产化低的问题,不仅专 家们关心,同时行业协会也对此有了高度重 视.国内电主轴大量依赖进口的原因,究竟有 哪些这将是我们关注的问题.国内电主轴大 量依赖进口的原因,其实除了产量没有跟上 去之外,国产电主轴的质量没有保证,也是其 中一个原因
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电主轴的工作原理
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3.电主轴的优点
• 电主轴具有结构紧凑、重量轻、惯性小、 振动小、噪声低、响应快等优点，而且转 速高、功率大，简化机床设计，易于实现 主轴定位，是高速主轴单元中的一种理想 结构。 电主轴轴承采用高速轴承技术，耐 磨耐热，寿命是传统轴承的几倍。
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4.电主轴在国际上的状况
• 国外电主轴技术的发展趋势：国外电主轴最早用于内圆磨 床，上世纪80年代，随着数控机床和高速切削技术的发展 和需要，逐渐将电主轴技术应用于加工中心、数控铣床等 高档数控机床，成为近年来机床技术所取得的重大成就之 一。随着机床技术、高速切削技术的发展和实际应用的需 要，对机床电主轴的性能也提出了越来越高的要求，目前 国外从事高速数控机床电主轴研发与生产的企业主要有： 德国GMN、西门子、瑞士IBAG、美国Setco、意大利 Omlet、Faemat、Gamfior、日本大隈等，其中尤以 GMN、IBAG、Omlet、Setco、Gammfier等几家的技术 水平代表了这个领域的世界先进水平。
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3.电主轴基本结构
电主轴是将空心的电动机转子直接热 装于高精度的主轴零件上，定子热装于冷 却套上，形成一个完整的主轴单元，如图。 通电后定子直接驱动主轴运转，结构简单 紧凑，功率损耗小，转动惯量小，快速响 应好，能够实现高速、高加速度及定向停 止（! 轴控制），采用交流变频调速和矢量 控制电气驱动，实现宽调速。「2」
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电主轴故障分析
• 机床各部件中，电主轴出故障的频率最高，如下 图。所以分析电主轴故障很有意义！[1]
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电主轴常见故障及解决措施[4]
• 1������ 启动困难 原因分析： 电源插头未插好, 接触不良或没有接通; 电源功率 不够或与电主轴不匹配; 变频器启动保护未调整到 最佳值; 电源缺相或接触器接触不良等都会导致电 主轴启动困难。电主轴中轴承所加预载荷过大及 零件之间的相互碰摩等也会导致其启动困难; 但大 多数情况下, 其启动困难的原因为: 电主轴内电机 定子引出线接错, 定子与转子之间气隙过小及定子 绕组损坏。
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• 目前我国开发出了主轴功率为 2.5kW~29kW、扭矩为4~86N.m、能应用 于数控机床和加工中心的电主轴，并且已 装备了部分国产数控机床。但是从总体上 讲，国产的电主轴和国外产品相比较，无 论是性能、品种和质量都有较大差距，所 以目前国产的高转速、高精度数控机床和 加工中心所用的电主轴，仍然主要从国外 进口。