第二章 电主轴典型结构分析

第二章电主轴典型结构分析

要想做好电主轴的应用选型，首先，必须知道电主轴的类型和功能，其次，才是如何为机床选用电主轴。

1.1 电主轴的分类

电主轴是现代大多数高速机床必不可少的动力源之一，电主轴的运动速度和精度是直接决定加工质量和生产效率的重要因素。

一般来说，不同的依据，就有不同的分类方法。比如说，根据轴承类型，可分为滚动轴承电主轴（角接触球轴承电主轴）、液体轴承电主轴（动静压电主轴）、气体轴承电主轴和磁悬浮轴承电主轴；根据电机类型，可分为异步型电主轴和永磁同步型电主轴。

还有许多分类方法，我们就不一一叙述。本文只介绍按照应用来进行分类，这种分类方法也是现在很多厂家正在生产和使用的一种方法，主要分为磨削用电主轴、钻铣用电主轴、车削用电主轴、加工中心用电主轴、木工用电主轴、特殊加工电主轴和试验机用电主轴等等。常见的电主轴如图2-1所示。

1

电主轴

磨削用电主轴

钻铣用电主轴

车削用电主轴

加工中心用电主轴

木工用电主轴

特殊加工电主轴

试验机用电主轴

当然，还有一些特殊的电主轴，并非在此分类之中，但依然值得我们去好好去探究。

图2.1 各种类型的电主轴

1.1.1磨削用电主轴

磨削用电主轴，是电主轴中转速、精度相对较高、振动相对较小的电主轴，是磨床上的重要部件，可分为内圆磨削、外圆磨削、平面磨削和专用磨削，广泛应用于内圆、外圆、拉力、螺纹、小孔、端面等磨削加工。早期的磨削用电主轴因为性能的限制只能用于轴承行业，随着国内机械行业的发展，加工难度也在不

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断地提高，对电主轴性能的要求也越来越严格。为了满足工业性需求，磨削用电主轴的应用范围在不断的拓宽，从早期的轴承磨削加工到汽车零件磨削加工、机床导轨的磨削加工、丝杠磨削加工、玻璃透镜磨削加工等，随着加工行业的持续发展，磨削加工正向着高速、强力磨削方向发展，将会对磨削用电主轴提出更高、更苛刻的要求。

虽然我国电主轴行业的发展很迅速，但是与国外的磨削用电主轴相比还是存在很大差距的。下表是国内外低速、中速、高速磨削用电主轴部分参数的对比，其中国外电主轴以NSK为代表，国内则选择某些电主轴生产厂家为代表。

表2-1国内外磨削用电主轴参数比较[1]

电主轴型

号国外NSK

80GHP18

国内

某厂家

国外NSK

100GNS6

国内

某厂家

国外NSK

120GPH3

国内

某厂家

转速rpm 180 000 150 000 60 000 60 000 30 000 24 000 功率KW 0.6 0.5 6 4 18 12 润滑方式油雾油气油雾油雾油雾油雾轴承内径

mm

8 8 25 17 55 45

d m n值

mm/min-

1

6

2.4310

⨯6

2.0210

⨯6

2.1610

⨯6

1.5610

⨯6

1.9510

⨯6

1.8010

⨯

1.1.2钻铣用电主轴[2]

钻削用电主轴，主要用于印刷电路板（PCB）、油泵油嘴等行业的小孔钻削、钻铣削加工，以满足小孔和微孔的加工需要。常规速度等级分6级，按轴承类型

1

来分为两类，一类为油脂润滑型滚动轴承支承的电主轴，对应的速度等级为60000r/min、80000r/min、90000r/min，加工小孔范围为0.2～0.7mm；另一类为空气静压轴承支承的电主轴，对应的速度等级为105000r/min、120000r/min、180000r/min，加工小孔范围为0.1～0.15mm。针对钻削用电主轴我们以洛阳主轴研究所研发的62ZDS60钻削轴和相应的国外EX100钻削轴为例列表对比各项基本参数。

表2-2 国内外钻床用电主轴参数比较

型号62ZDS60 EX1010

额定转速rpm 60 000 58 000

扭矩N m⋅0.08 0.07

铣削性能二者相当

最小钻孔直径mm 0.13 0.13

轴承类型角接触球轴承深沟球轴承

振动值mms-1113

≤

≤113

铣削用电主轴，常与数控铣、雕铣及并联机床相配套，适用于常规零件、工模具、木工件加工，它分为精密雕铣、大型数控铣、加工中心用电主轴三大类。针对铣削用电主轴我们以洛阳主轴研究所研发的62XDS45铣削轴和相应的国外EX820、PRT210铣削轴为例列表对比各项基本参数。

表2-2 国内外铣床用电主轴参数比较

型号62XDS45 EX820 PRT210

额定转速rpm 45 000 45 000 55 000

扭矩N m⋅0.114 0.08 0.08

1

1

铣削性能 强 较差 较差 最小钻孔直径mm

1.2

1.2

1

轴承类型 角接触球轴承 深沟球轴承 深沟球轴承

振动值mms -1

113≤ 113≤ 113≤

为了方便加工，例如电路板印刷行业，较为频繁地用到铣削和钻削两个工序，就开发了钻铣两用电主轴，这种电主轴可以夹持钻头和铣刀两种刀具，可分为自动换刀和手动换刀两类。自动换刀类的设计有自动换刀机构，无需人工操作，效率高，但结构复杂成本高；手动换刀类的结构简单，工人可利用快速夹头迅速更换刀具，但由于是人工操作，降低了工作效率。这两类钻铣类电主轴存在同样一个缺点，就是在加工过程中都需更换刀具，这很容易影响到定位精度，本章中提到了一种新型结构的电主轴可以克服这个缺点，该电主轴可同时夹持两种刀具，无需人工换刀或者增加自动换刀系统，并且定位精度高，具体详见本章主轴实例分析部分。

针对特殊要求洛阳轴承研究所开发了一些高速钻削电主轴，其型号和参数如下表所示：

表2-3 高速钻铣用电主轴参数表

型号

装夹尺寸

L Φ⨯mm

转速rpm 功率KW 扭矩

N m ⋅

电压V 电流A 润滑方式 冷却方式 DZ30X 70200⨯ 30 000 1.5 0.5 220 2.8 油脂 水冷 DZ08X 160338⨯

8 000 6.0 7.3 350 14 油脂 水冷 DZ42X 100180⨯ 42 000 1.0 0.23 220 4.5 油雾 风冷 DZ24X

100200⨯

24 000

1.5

0.6

350

3.8

油脂

水冷