第二章 电主轴典型结构分析
电主轴技术讲座第二讲电主轴的基本参数与结构_一_
电主轴技术讲座第二讲电主轴的基本参数与结构_一_电主轴（Electrospindle）是一种将电能转换为机械能的装置，常用于数控机床、加工中心等设备中。
本讲座将介绍电主轴的基本参数与结构。
一、电主轴的基本参数2. 功率（Power）：电主轴的功率是指单位时间内产生的机械功率，单位为千瓦（kW）。
功率的选择要根据切削力和材料的硬度等因素来确定，一般在2-50kW之间。
3. 扭矩（Torque）：电主轴的扭矩是指主轴承受的力矩大小，单位为牛顿米（Nm）。
扭矩的大小直接影响主轴的加工能力和稳定性，一般在2-500Nm之间。
4. 刚度（Stiffness）：电主轴的刚度是指主轴的抗弯、抗扭能力，也是主轴受力时的变形量。
刚度的高低决定了电主轴的动态性能和稳定性。
二、电主轴的结构电主轴的结构主要包括电机、轴承、刀具接口等部分。
1. 电机（Motor）：电主轴的电机一般采用交流电机或直流电机，根据需要可选择不同类型和功率的电机。
电机通过电能转换为机械能，驱动主轴旋转。
2. 轴承（Bearing）：电主轴的轴承用于支撑和定位主轴，承受主轴的径向和轴向力。
轴承的选用要考虑到主轴的转速、扭矩和刚度等参数，常用的轴承类型有深沟球轴承、角接触球轴承等。
3. 刀具接口（Tool Interface）：电主轴的刀具接口用于安装不同类型和规格的切削工具，包括刀柄、刀具夹持装置等。
刀具接口的选择要匹配主轴的规格和电机的功率，以确保切削工具的安全可靠。
三、电主轴的工作原理电主轴的工作原理是利用电能将电机旋转起来，并通过轴承将旋转的力传递给刀具，实现切削加工的效果。
其工作过程一般可分为以下几个步骤：1.电能输入：将电能输入到电机中，通过电机的换能作用将电能转换为机械能。
2.主轴旋转：电机的转子开始旋转，通过电机的驱动将力矩传递给主轴。
3.轴承支撑：轴承将主轴支撑，防止主轴在高速旋转时产生过大的振动和变形。
4.刀具安装：将切削工具安装在刀具接口上，用于进行切削加工。
电主轴结构
电主轴结构
电主轴结构是电机的核心部分，是电机运行及传动性能的重要组成部分。
电主轴结构包括两个基本部分：一是内部的内芯，二是外部的壳体。
内芯通常由钢材制成，它是电机中电磁感应特性强的核心部件，其中包含有特殊的绕组，能够将电能转换成机械能。
外壳就是容纳内芯的外壳，外壳包括机壳、绝缘层和触发器。
内芯穿出机壳外，两侧支撑独立绝缘层，上面支撑启动器装置，它们可以控制启动和停止电机，从而控制电机的传动性能。
内芯由轴中央的绕线片、轴芯、启动片、空载转子构成。
绕线片是核心组成部件，它将电能转换成机械能。
轴芯的作用是连接绕线片和轴承，启动片的作用是控制电机的启动和停止，从而控制电机的传动性能。
空载转子的作用是调节电流，确保电机的平衡运行。
在电机的外壳中，还安装有波纹管、电缆、接线端子等部件，电缆是将电机连接电源的桥梁，波纹管能够对电机进行润滑，接线端子用来接收导线，方便对电机进行驱动控制。
总之，电主轴结构是电机运动特性及传动性能的核心部分，考虑到电机的使用要求，电机的支承、散热、润滑、控制等多方面的要求，电主轴的设计既要考虑质量和效率，也要考虑精度和可靠性。
电主轴的工作原理、典型结构及优点
电主轴的工作原理、典型结构及优点打印引用发布时间：2010-04-25电主轴是高速数控加工机床的“心脏部件”，本文介绍了电主轴的工作原理、典型结构，阐述了电主轴的关键技术，总结了其发展趋势.1、概述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。
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。
电主轴是高速数控加工机床的“心脏部件”，其性能指标直接决定机床的水平，它是机床实现高速加工的前提和基本条件。
2、电主轴的工作原理、典型结构及优点2.1 电主轴的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。
2.2电主轴的典型结构电主轴单元典型的结构布局方式是电机置于主轴前、后轴承之间（如图所示），其优点是主轴单元的轴向尺寸较短，主轴刚度大，功率大，较适合于大、中型高速数控机床；其不足是在封闭的主轴箱体内电机的自然散热条件差，温升比较高。
1主轴箱体 2冷却套 3冷却水进口 4定子 5转子 6套筒7冷却水出口 8转轴 9反馈装置 10主轴前轴承 11主轴后轴承2.3电主轴的优点电主轴省去了带轮或齿轮传动，实现了机床的“零传动”，提高了传动效率。
电主轴的刚性好、回转精度高、快速响应性好，能够实现极高的转速和加、减速度及定角度的快速准停（C轴控制），调速范围宽。
3、电主轴的关键技术“电主轴”的概念不应简单理解为只是一根主轴套筒，而应该是一套组件，包括：定子、转子、轴承、高速变频装置、润滑装置、冷却装置等。
因此电主轴是高速轴承技术、润滑技术、冷却技术、动平衡技术、精密制造与装配技术以及电机高速驱动等技术的综合运用。
3.1电主轴的高速轴承技术实现电主轴高速化精密化的关键是高速精密轴承的应用。
电主轴技术讲座第二讲电主轴的基本参数与结构(二)
电主轴技术讲座第二讲电主轴的基本参数与结构(二)
周延祐;李中行
【期刊名称】《制造技术与机床》
【年(卷),期】2003(000)008
【摘要】@@ 5 润滑rn滚动轴承在高速回转时,正确的润滑极为重要,稍有不慎,将会造成轴承因过热而烧坏.当前电主轴主要有两种润滑方式.
【总页数】3页(P74-76)
【作者】周延祐;李中行
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TG5
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5.电主轴技术讲座第五讲电主轴的支持技术和装置 [J], 周延祐;李中行
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加工中心电主轴结构分析及典型故障修理
加工中心电主轴结构分析及典型故障修理摘要：叙述 SAJO10000 加工中心电主轴的机械及电气结构，分析各组成部分和功用，列举两个维修实例。
关键词：电主轴；结构；故障维修0 引言SAJO10000 加工中心为瑞典萨耀公司生产的 5 轴联动加工中心，机床的精度及自动化程度高，机床尺寸大，工作台尺寸1000×1000，各轴行程：X=1600，Y=1500，Z=1750，A=0°~110°，B=0°~360°。
该设备使用方便，加工能力强。
特别是它的主轴为电主轴，即主电机的转子即为机床的主轴，是目前较为先进的一种主轴结构。
电主轴机械电器结构复杂，精度非常高，其电器控制能力技术含量高，主轴可实现 0~6000 r/min 的无级调速，其转速控制非常精确，可实现轴联动攻丝、加工高精度螺纹等作业。
1、加工中心电主轴结构SAJO10000 加工中心电主轴的结构主要由转子和定子两大部分组成（图 1）。
图1 SAJO10000 加工中心电主轴结构1.1 转子转子部分包括：刀具碟簧拉紧部件，刀具松开液压油缸部件，主轴内锥空气清洁装置，刀具的内部冷却供水装置等。
（1）刀具碟簧拉紧部件。
刀具碟簧拉紧部分的作用是将主轴上的刀具牢牢固定在主轴锥孔上，由数组碟簧通过预紧螺母及拉杆带动 1 个可伸缩的 4 爪拉紧钩，钩住刀具尾锥后部的拉钉，使刀具紧紧固定在主轴上。
刀具拉紧力可通过调整碟簧拉杆后面的预紧螺母来实现，拉紧力的调整要适当，过松刀具易松动，过紧碟簧易损坏。
（2）刀具松开液压油缸部件。
刀具松开液压油缸部件是用来反向推动碟簧使刀具与主轴分离，此液压缸体积小，工作油压较高，达到 15 MPa，对油缸的质量要求较高。
（3）主轴内锥空气清洁装置。
主轴内锥空气清洁装置的作用是在主轴换刀的同时从主轴内部吹出压缩空气，清洁主轴内锥面，保证刀具定位准确、拉紧可靠。
压缩空气的吹出由安装于刀具松开液压油缸上部的组合式液气控制阀来控制。
主动磁悬浮支承铣削电主轴系统结构及其动力学特性分析_图文_百(精)
上海大学硕士学位论文主动磁悬浮支承铣削电主轴系统结构及其动力学特性分析姓名：杨新洲申请学位级别：硕士专业：机械设计及理论指导教师：张钢;汪希平20040201圭塑查兰堡主兰焦堡苎————』！—墨摘要＋磁悬浮电主轴与一般主轴相比，由于其转子与定子之间不存在机械接触，转子可以达到很高的转速，几乎没有磨损，寿命长、能耗低、噪音小，无需润滑，具有明显的优越性，是目前的一个研究热点。
本文以一磁悬浮铣削电主轴为研究对象，提出系统方案，并重点分析其动力学性能，为实际应用提供理论依据。
本文提出了采用包括主动磁悬浮轴承、内装式高速电机、水冷却装置、ＨＳＫ刀柄接口和辅助支承等在内的磁悬浮铣削电主轴设计方案，重点分析了径向和推力磁轴承以及转轴的结构设计问题，给出了其设计方法和要点，并给出了系统中转轴、高速电机和磁轴承等的设计参数。
在分析了磁轴承刚度阻尼特性的基础上，分别建立了磁轴承一刚性和柔性转子系统的数学模型，并在三类不同的控制参数下进行了动力学性能计算分析。
通过计算结果的分析可以看出：在转予跨越多阶临界转速的情况下，本刚性转予模型计算结果相对柔性转子模型计算误差不大，在低转速范围内刚性模型对于计算低阶临界转速具有一定的适用性，但由于变量限制计算所得临界转速阶数有限，在这种情况下不适宜用刚性转子模型来计算其动力学性能；该系统的第五、六阶临界转速主要受转子影响，而除此以外的低阶和部分高阶临界转速则主要由控制器输出的刚度特性决定；通过改变磁轴承结构和控制器参数来改变这些临界转速的大小，从而可以改善系统的动力学性能，实现在工作转速下具有较高的动态回转精度。
该磁轴承转子系统在低频段的振动模态为刚性摆动，而在高频段为弯曲振动模态。
磁轴承转子系统的振动模态分析可以为传感器的安装位置和控制器的参数设计提供理论依据。
研究了磁轴承ＰＷＭ调制开关功放，针对以往ＰＷＭ调制开关功放的不足，对电路中的三角波电路和比较电路等作了改进，提高了系统的可靠性和输出精度：设计了反馈支路补偿环节，提高了功放的带宽，为转子在工作转速下的稳定运转提供了保障。
电主轴结构组成与各功能介绍
电主轴结构组成与各功能介绍电主轴是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，它与直线电机技术、高速刀具技术一起，将会把高速加工推向一个新时代。
电主轴包括电主轴本身及其附件，包括高速轴承技术、高速电机技术、润滑、冷却装置、内置脉冲编码器、自动换刀装置、高频变频装置等。
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。
高速轴承技术：其通常采用复合陶瓷轴承，耐磨耐热，寿命是传统轴承的几倍;有时也采用电磁悬浮轴承或静压轴承，内外圈不接触，理论上寿命无限。
高速电机技术：电主轴是电动机与主轴融合在一起的产物，电动机的转子即为主轴的旋转部分，理论上可以把其看作一台高速电动机。
关键技术是高速度下的动平衡;润滑：电主轴的润滑一般采用定时定量油气润滑;也可以采用脂润滑，但相应的速度要打折扣。
所谓定时，就是每隔一定的时间间隔注一次油。
所谓定量，就是通过一个叫定量阀的器件，精确地控制每次润滑油的油量。
而油气润滑，指的是润滑油在压缩空气的携带下，被吹入陶瓷轴承。
油量控制很重要，太少，起不到润滑作用;太多，在轴承高速旋转时会因油的阻力而发热。
冷却装置：为了尽快给高速运行的主轴散热，通常对其外壁通以循环冷却剂，冷却装置的作用是保持冷却剂的温度。
内置脉冲编码器：为了实现自动换刀以及刚性攻螺纹，主轴内置一脉冲编码器，以实现准确的相角控制以及与进给的配合。
自动换刀装置：为了应用于加工中心，配备了自动换刀装置，包括碟形簧、拉刀油缸等。
高速刀具的装卡方式：广为熟悉的BT、ISO刀具，已被实践证明不适合于高速加工。
这种情况下出现了HSK、SKI等高速刀具。
高频变频装置：要实现主轴每分钟几万甚至十几万转的转速，必须用一高频变频装置来驱动其内置高速电动机，变频器的输出频率必须达到上千或几千赫兹。
数控车床高精密电主轴结构本科学位论文
毕业设计报告(论文)报告(论文)题目：数控车床高精密电主轴结构设计作者所在系部：机械工程系作者所在专业：机械设计制造及自动化作者所在班级： 1作者姓名：作者学号： 2指导教师姓名：完成时间： 2本文主要介绍了电主轴的工作原理、轴的设计、轴承技术以及关键技术等。
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。
它主要应用在复合加工机床、多轴联动、多面体加工机床和并联机床中。
本设计通过利用网络工具、图书馆的书籍和各类期刊、杂志查阅了电主轴的相关知识，确定本设计符合要求，满足需要。
设计方法有：查阅资料产生电主轴机械设计的基本思路，确定合理的电主轴结构；重点对电主轴的轴进行了设计，对轴承进行了分析选配，确定了电主轴轴承的选配原则；且充分利用相关知识按要求对本课题进行具体设计。
本设计采用的方法是理论设计与经验设计相结合的方案，所运用的资料来源广泛，内容充足。
实现本方案的可行性高。
关键词：电主轴，定子，转子，关键技术，动平衡The designs and working principle of electric spindles 、bearing technical as well as crucial technology and so on was introduced in this paper . Electrical spindles is being made by a direct motor rotor of be hollow pack in main shaft on and stator knows super-cooling but cover fixes, which form a complete unit of main shaft in the casing hole of main shaft, and then the electricity rotor directly drive the operation of main shaft. Its main application is being compound process machine tool and much axle to unite to move, polyhedron processing machine tool and the machine tool of parallel connection in. This design cut the related knowledge of central fuselage according with requirement through using network tool and magazines , each kind of periodical and the books in the library and then determining the design, which satisfies the needs. The design method is as follows: First, look up information to produce the basic thought of the electrical mechanical design of main shaft, determine the reasonable electrical structure of main shaft. Then, the key axle for electrical main shaft is designed, and analyze and choose the match for bearing, the electrical bearing of main shaft choose to match principle have determined; Use related knowledge finally fully press requirement for this program carry out specific design.The method of designing adopted the scheme theoretical design and experience design, and the data sources utilized was adequate content extensively. Feasibility of realize the scheme is high. Practice shows that the MS24015 main shaft of milling machine design satisfies the request.Keywords: Electrical main shaft，Stator，Rotor ，Crucial technology ，Dynamic balancing目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)第1章电主轴概述错误！未定义书签。
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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
1
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。