电主轴设计的几个关键问题_张世珍
精密电主轴单元设计技术
电主 轴是 高速机 床 的核 心功 能 部 件 ， 着 高速 加 随
工技 术 的迅 猛发 展 和广 泛应 用 ， 工 业 部 门特别 是 航 各 天 、 空、 航 汽车 、 托 车 和模 具 加 工 等行 业 ， 高 速 度 、 摩 对 高精 度数控 机床 的需 求 与 １俱 增 ， 切 需 要 开发 出高 ３ 迫 点 ， 统 的 软件 实 现 技术 难 传 以适 应 制 造 领 域 的需 求 ， 用 插 件 技 术 正 好 可 以将 应
ＣＰ Ａ Ｐ系统需求 的多 样化 和 不 确定 性 细 节屏 蔽 在插 件
内容 的具 体实现 上 ， 应用 程序 提供 透 明的行为 ， 对 使得
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ： ｅ ｐ ｐ ｒｄ ｓ ｕ ｓ ｓ ｈ ｗ ｏ ｃ ｌ ｕａ ｅ ｔ ｅ ｍａｎ ｔｃ ｎ ｑ ｅ ｐａａ ｔｒ ｏ ｒ ｃｓｏ ｔｒｚ ｄ ｓ ｉ ｄ ｅ ｕ ｉ， ｓｒ ｃ Ｔｈ ａ ｅ ｉｃ ｓ ｅ ｏ ｔ ａｃ ｌｔ ｈ ｉ ｅ ｈ ｉ ｕ ｒ ｍｅ ｅ ｆｐ ｅ ｉｉｎ ｍｏｏ ｉｅ ｐ ｎ ｌ ｎ ｔ
品质 的 电主轴 。由于 电主轴 是完成 高速 加工 的战 略性
关键技 术 ， 性能 指标直 接决 定机 床 的发展水 平 ， 其 因此
向静 刚度 、 轴 的动 平衡精 度及 有效 的动平 衡方 法 。 主
（ ：４ ２ ． ７） ２ — ６
４ 结 语
插 件技术 通过 添加插 件 的方式来 扩展 软件 系统 的 功能 ， 以满足 用 户 的需 要 。而 Ｃ Ｐ Ａ Ｐ系 统 软 件存 在 需
Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｆＤｅ ｉｎｎ ｅ ｉｉｎ Ｍｏ ｏ ｉｅ ｉｄｅ Ｕｎｔ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｓｇ ｉｇ Ｐｒｃｓｏ ｔ ｒ ｄ Ｓｐｎ ｌ ｉ ｚ
数控机床电主轴设计中存在的问题及对策分析
计 重量部 队称造 成不平 衡 ， 如 果在一 些特殊 的 电主轴设 计 中由于数控 机床 的作 用 不 同， 设计 的时候无 法达到 平衡就在 电主轴 的 电机 壳外围进 行一些 特殊的质
量 处理 ， 保证两 端一致 ， 三是 关于 电主轴 内部一ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 重要 的环 节转 子的设计 ， 无论 是运 用与 哪一种数 控机 床上 一定 要保证转 子的外径 有一 定的空 间 ， 保证 其在 主
关于数 控机床 的发展 已经进入 了第六 阶段 ， 在前五 个阶段 的发展 中数控机 床的革新 主要 是为 了满 足社会对 于 电子 产 品的需求 ， 目前第 六个 阶段 的发展 已 经要 逐渐 实现 资源 的再 利用 ， 在 面对这 一 时期 的发展 过程对 于数控 机床 电主轴 的设 计 问题 已经成 为 了关注 的热点话题 ， 在设 计 中存在的 问题是实 现设计 突破 的出发 点 ， 因此 研 究其设 计 的问题 以及 解决 的对 策成 为 了人们 面对 的 焦点 。
轴结 构 ， 包括设置 在箱体 内的 主轴和变 频 电动 机 ； 电机包 括壳体 和转子 ， 目前的 电机 采用 有变 频器控 制 电机 ， 电机 壳体 直接 安装在 机床 床头箱 体 尾端 ， 电机 转 子 用莫 氏锥度 与 主轴 连接 ， 电机 图示 如下 图２ 所示 ， 主轴就 是 电主轴 ， 其特 征是 ： 传 动效 率高 ， 动态 响应 快 ； 省略 了老传 统 的整 套 传动 装 置 ， 降 低 了消 耗 ， 与传 统 数 控机 床 相 比具有 明显 的 节能 效 果 ， 可 达 １ ０ ％ － ２ ０ ％， 采用变 频器 控制的 变频 电机 ， 电机 转速 变化范 围 大， 加 工零件 适 用面 大， 提 高 了加 工精 度 ； 编码器 安装 于床 头箱 体内 部 ， 采 用 空心轴磁 性 编码器 ； 而 且机 床 的震动 小 ， 稳 定性 高 ， 噪音 小 。
电主轴设计的几个关键问题
由图 - 可看出， 定位预负荷比定压预负荷对刚度 的影响大， 因此在主轴单元结构设计中采用定位预负 荷的方式。 !, " 轴承润滑方式的确定 目前， 对于 ! " # 值大于 ".( 万的精密主轴轴承， 油 脂润滑不能满足其高速要求， 因此采用专用润滑器对 前后轴承进行油 / 气润滑。润滑器一条管路通干燥的 清洁空气， 气体压力在 (0 ’ 123， 一条管路通润滑油， 油和气在混合阀中混合成如图 * 所示的油滴状， 然后 通过倍压喷嘴给轴承供油， 在轴承滚动体之间形成油 膜。油膜太厚轴承发热量大， 油膜太薄， 轴承润滑不充
坯缺陷、 加工和装配等原因， 使质量分布不均匀， 形成 一定的偏心。当转子转动时就产生不平衡的离心力， 从而使整个主轴系统产生有害的振动和噪声， 降低轴 承及整个主轴系统的使用寿命， 影响到整个主轴系统 的动态工作精度。因此要求精密主轴的动平衡精度达 到 /(+ - 。在结构设计时， 设计了双面动平衡位置环， 旋转零件组装后， 在动平衡机上作一次动平衡。试机 时， 如果必要可作在线动平衡， 保证高速主轴运行平 稳。 鉴于以上分析， 在电主轴结构设计时， 采用前端固 定， 后端浮动的支承方式。前端四列背对背角接触球 轴承， 主轴的径向和轴向全部固定； 后端选用圆柱滚子 轴承， 轴承内圈、 滚子可与主轴一起， 沿着外圈滚道作 轴向移动。减小热伸长对主轴的影响， 精度保持性好。 具体结构如图 &( 所示。
结语
本文运用有限元分析法分析影响高速电主轴单元
的两个关键问题， 固有频率和热伸长， 完成电主轴单元 的结构优化设计。所研制的主轴单元经过性能试验的 测试， 其前后轴承的温升不超过 &(0 ， 主轴前端最大 伸长量不超过 (+ ($ ))， 主轴后端最大伸长量不超过 (+ &. ))， 其精度指标达到了精密加工中心的标准规 定。该主轴单元已成功运用于立式加工中心的主机 上， 并在 1234"((! 展会上展出。 参
电主轴设计的一些要点
电主轴设计的一些要点电主轴是工业生产中常见的一种装置，用于驱动工具进行旋转，广泛应用于机床、数控机床、木工机械、切割、打磨和加工中心等领域。
电主轴设计要考虑多个方面的因素，下面将详细介绍一些电主轴设计的要点。
首先，设计电主轴时需要根据具体工艺要求确定最大转速。
最大转速决定了工具的加工速度和加工质量。
根据工具直径和材料性质，可以计算出所需的最大转速。
其次，电主轴设计要考虑工作时产生的热量。
电主轴在高速运转过程中会产生大量的热量，如果不能有效散热，会导致电主轴温度升高，进而影响工具的使用寿命和样品质量。
因此，设计中应考虑适当的散热装置，如风扇和散热器，以保持电主轴的温度在合理范围内。
第三，电主轴的振动问题需要被重视。
高速运转时产生的振动会影响加工质量和工具的寿命。
为了减小振动，可以采用精确平衡和减震装置来提高电主轴的稳定性。
此外，可以采用颈缩小、减小惯性和增加刚度等措施来减小振动。
第四，选择合适的电机和轴承也是电主轴设计中的重要要点。
电机的功率和转矩必须满足工件需要的加工力矩，并能够提供所需的最大转速。
轴承的选择要考虑到负荷、转速和寿命等因素，以确保电主轴的正常运行。
第五，电主轴的刚性也是设计中需要考虑的重要因素。
刚性直接影响加工精度和稳定性。
为了提高刚性，应使用高强度材料，增加结构的强度和刚性，并采用适当的支撑结构。
第六，安全性是电主轴设计的重要考虑因素之一、应根据安全标准和规范设计相关保护装置，如限位开关、紧急停机按钮和防护罩等。
第七，电主轴的维护和保养也需要考虑在设计中。
电主轴使用一段时间后需要定期维护和保养，以延长使用寿命和保证性能稳定性。
设计时应考虑易维修和拆卸的结构，以便更好地进行维修和保养。
此外，电主轴还需要考虑重量、大小、制造成本等因素。
设计时应根据具体的应用场景和要求进行综合考虑。
综上所述，电主轴设计需要考虑转速、散热、振动、电机和轴承、刚性、安全性、维护和保养等方面的因素。
只有综合考虑这些要点，才能设计出性能优良、稳定可靠、安全高效的电主轴。
浅析电主轴的设计制造
２ 电主 轴 的主 要优 点
电主轴传动方 式有以下优点 ： （ ） 械结构最 为简 单 ， 动惯量 小 ， １机 转 因而快 速 响应
性好， 能实现极高 的速度 、 （ ） 加Байду номын сангаас减 速度和定角度 的快速准
停（ Ｃ轴 控 制 ） 。
（） ２ 采用交流变频 调速 和矢量控制 的电气驱 动技术 ， 输出功 率大 ， 调速 范 围宽 。有 比较 理 想 的扭 矩— —功 率 特性 ， 一次 装夹既可实现粗加 工又可进行 高速精加工 。 （） ３ 由于 电主轴 实现 了 “ 零传 动 ” 所 以主轴 箱 就可 ，
加 工方 式成为可能 。
以及解决这些 问题 的方 法。
关键词 ： 电主轴 ； 设计 ； 组装
（） ４ 由于没有 中间传动环 节的外力作用 ， 主轴高 速运 行没有 中间传 动冲击 而 更为平 衡 ， 得 主轴 轴承 寿命 相 使 应得到延长 ， 工零件 精度 更高 。 加 （） ５ 实现 了主轴部件 的单元化 ， 可独立做 成标 准化 的
１ 概 述
随着 电气传 动技 术 、 高速轴承技 术 、 冷却技 术 以及润
滑等相关技术 的迅速 发展 和 日趋 完善 ， 内装 式 电主轴 的 功能部件 ， 由专 业厂 进行 系 列化 生产 。机 床 主机厂 只 并
出现使高速数控机床 主传动的机 械结构 已得 到极大 的简 需根据 用户的不 同要求进 行选 用 ， 可很方 便 地组 成 各种
化 。所谓 内装式 电 主轴 是将 主轴 电机 的定 子 、 转子 直接 性 能的高速机 床 ， 符合现代机床设计模块化 的发 展方向。
装进主轴 组件 的内部 ， 不需使用 皮带和齿轮 传动 副 ， 从而 ３ 数 控 车床 电主轴 的典型 结构
浅析提高电主轴可靠性的途径
浅析提高电主轴可靠性的途径李彦;窦怀洛;李玉亭【摘要】电主轴目前越来越广泛的应用于金切机床领域,其在设备上的可靠性即显得越来越重要.针对高速电主轴高可靠性的要求,在高速电主辅基本结构的基础上,采用动态的设计方法,计算出电主轴和滚动轴承的动态特性,进而研究轴向预紧力、跨距、转轴各台阶外径以及轴承对高速电主轴临界转速的影响,最终得到合理的电主轴结构;同时,对高速电主轴的润滑、材料、密封,冷却等方面也进行了研究,以实现最优化的设计,从而满足高速电主轴的高可靠性要求.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2010(039)006【总页数】4页(P149-151,162)【关键词】电主轴;可靠性;密封设计;润滑方式【作者】李彦;窦怀洛;李玉亭【作者单位】洛阳轴研科技股份有限公司,河南洛阳,471039;洛阳轴研科技股份有限公司,河南洛阳,471039;洛阳轴研科技股份有限公司,河南洛阳,471039【正文语种】中文【中图分类】TH131 前言高速加工是机械制造领域的一个重要发展方向，而电主轴是高速加工机床的核心功能部件［1］。
高速加工技术是指以比常规切削速度高2～3倍的速度进行加工的一项先进制造技术。
近20年来在工业各部门特别是航空、航天、汽车工业、造船、模具加工等领域获得广泛应用［2］。
“但我国金切机床还大多停留在产品性能落后的阶段，调整产品结构迫在眉睫，要为用户提供高性能、高可靠性的中高档数控机床”。
机械部机床工具司副总师恩宝贵如是说［3］。
高速大功率的内装式主轴单元（在文中简称电主轴）作为高速金切机床的核心功能部件，是完成高速加工高可靠性的关键，因此研制开发高速、高效、高精度、大功率、大扭矩、高可靠性和耐久性电主轴具有很高的基础战略意义，对机床行业的发展起到举足轻重的作用［4］。
所谓电主轴的稳定可靠性是指在额定工作转速下，电主轴保证其寿命精度的能力。
笔者结合自身工作经验从电主轴设计角度上就如何提高其可靠性入手，浅析几个改善电主轴稳定可靠性的方法。
数控铣床电主轴的设计
毕业设计（论文）题目数控铣床电主轴的设计CNC milling machine spindle design姓名学号专业班级指导教师分院日期摘要本文阐述了车床电主轴的发展历史、现状以及趋势，并介绍了电主轴的工作原理及关键技术。
然后，确定了合理的电主轴总体结构，分别对电主轴的电机、编码器、转子、定子和冷却系统等各零部件进行了设计，设计了装配图、零件图与设计说明书等。
最后，对电主轴的旋转轴和轴承进行了详细的分析和校核，计算表明，该电主轴设计符合要求。
关键词：铣床；电主轴；主轴；轴承AbstractThis paper describes the history, status and trends of lathe electrical spindle development, and also introduce the working principle and key technology of electrical spindle. Then, the reasonable structure of the electrical spindle is determined. The structure of main components is designed, such as axis, encoders, rotor, stator and cooling systems. The assembly drawings, part drawings and design specifications and other design documents is generated. Finally, the detailed analysis and verification of the axis and bearing are made. The calculation result shows that the design of electrical spindle meets the requirements.Key words:Milling machine；electrical spindle；spindle；bearing目录摘要 (I)Abstract........................................................... I I 第 1 章绪论.. (1)1.1 选题的目的和意义 (1)1.2 数控铣床电主轴的国内外的研究现状和发展趋势 (1)1.2.1 数控铣床电主轴的国内外的研究现状 (1)1.2.2数控铣床电主轴的国内外的发展趋势 (2)1.3 本课题主要研究内容 (4)1.4 铣床电主轴的工作原理 (4)1.5 数控铣床电主轴的特征 (4)第 2 章铣床电主轴结构设计 (6)2.1 电主轴结构图 (6)2.2电器伺服控制器的选择 (6)2.3 转子和定子的设计 (7)2.4 轴承的选择 (10)2.4.1轴承的选择 (10)2.4.2轴承材料的选择 (11)2.5 冷却系统的设计 (12)2.5.1 热源的主要构成 (13)2.5.2 冷却系统的冷却路线 (13)2.5.3 主轴传动的热平衡计算 (14)2.6 主轴的主要结构参数 (15)2.6.1 主轴前端悬伸量的确定 (16)2.6.2 主轴主支承间的跨距L的确定 (16)2.6.3 主轴的构造 (16)2.6.4 主轴的材料和热处理 (16)2.6.5 主轴所受外力的计算 (16)第 3 章轴的校核 (21)3.1 轴的强度校核计算 (21)3.2 轴的刚度校核计算 (24)第 4 章轴承的校核 (26)4.1 角接触球轴承的校核 (26)4.2 深沟球轴承的校核 (28)总结 (30)参考文献 (31)附录 (32)致谢 (33)第 1 章绪论1.1 选题的目的和意义我国数控机床的发展历程充分证明，数控机床电主轴发展的滞后，始终是制约我国数控机床发展的瓶颈问题之一。
木工机械用高速电主轴设计与性能分析的开题报告
木工机械用高速电主轴设计与性能分析的开题报告一、选题背景随着现代制造技术的不断发展，木工机械在家居、建筑等领域中扮演着重要的角色。
其中，高速电主轴作为核心件，对于机器的性能和加工效率起到至关重要的作用。
在木工机械行业，高速电主轴要求具有高精度、高效率、低噪音等优秀的性能，以满足市场的需求。
因此，本文选取“木工机械用高速电主轴设计与性能分析”为研究课题，对其进行探究。
二、研究内容和目标本文旨在通过对木工机械用高速电主轴的研究和设计，深入分析其电机、轴承、定位器以及冷却系统等方面的性能，最终实现降低工艺成本、提高加工精度和效率等目标。
具体来说，研究内容包括以下几个方面：1. 电机系统的设计：通过对电机类型、功率、工作电压等方面进行研究，确定最优的参数组合，以实现高效平稳的工作。
2. 轴承系统的设计：考虑到高速电主轴的运转速度较快，采用高精度陶瓷轴承，必须确保其能够承受耐磨损、耐高温、低摩擦等特殊要求。
3. 定位器的设计：针对木工机械加工时对于精度的要求，需要通过数控加工等手段，设计出高精度的定位器及调整系统，确保精度满足加工要求。
4. 冷却系统的设计：由于高速电主轴在运转时会产生较大的热量，对轴承及电机产生损伤，同时也会对加工件就产生不homework加的影响。
因此，设计出有效的冷却系统，为高速电主轴提供稳定的工作温度，以保护其稳定运行，提高机器的使用寿命。
三、研究意义本文的研究内容对于提升木工机械高速电主轴的性能和优化其技术参数具有重要的实践应用和经济意义。
其研究成果能够帮助企业提高生产效率和企业的市场竞争力，同时还能为相关领域的研究人员提供更多关于机械制造技术的研究方向。
四、研究计划1. 前期调研：了解市场需求，分析目前木工机械用高速电主轴的发展现状及其存在的问题。
2. 理论分析：通过分析木工机械高速电主轴的特点，并结合电机、轴承、定位器以及冷却系统等方面的理论知识，设计出合理的研究方案。
3. 实验研究：通过实验研究，对木工机械用高速电主轴的电机、轴承、定位器和冷却系统等方面的性能进行测试和分析。
加工中心电主轴加工中的问题分析及解决措施
加工中心电主轴加工中的问题分析及解决措施王文杰，张国亮【摘要】加工过程中，加工中心电主轴的自动换刀装置出现动作不通畅、失灵等问题。
文中针对这一问题进行了原因分析，并提出了解决措施。
【期刊名称】机械管理开发【年(卷),期】2011(000)004【总页数】2【关键词】加工中心；电主轴；问题分析；解决措施0 引言高速加工技术越来越受到人们的重视，它不仅可获得更大的生产率，还可获得很高的加工质量，并可降低生产成本。
实现机床高速化的关键部件是主轴单元，电主轴具有结构紧凑、易于平衡、传动效率高等优点，是高速主轴理想的结构[1]。
电主轴也称“直接传动主轴”，是内装式电机主轴单元，它把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”，因而在现代数控机床中获得广泛应用。
我公司生产的ADS、AP两大系列电主轴用于数控铣镗加工中心配套，由于要实现自动换刀功能，在其内部有一套刀具自动夹紧松开装置，见图1。
在实际加工过程中，电主轴自动换刀装置换刀时，发现了松开或夹紧刀具的动作不通畅、易失灵等问题。
1 原因分析电主轴内的刀具夹紧松开装置工作原理：气（液）压缸提供松开刀具需要的动力，碟簧提供夹紧刀具需要的拉力。
放松刀具时，气（液）压推动活塞向前运动，进而推动刀具拉杆向前运动来实现松刀动作。
夹紧刀具时，活塞向后运动，拉杆在蝶形弹簧的弹力作用下向后运动，进而拉紧刀具，见图1。
针对刀具自动夹紧松开装置出现的松拉刀动作不通畅、易失灵等问题进行分析，主要原因是：在松、拉刀过程中，由于频繁冲击，致使装置中的有些零件发生变形，零部件的相对位置发生变化，改变了原来的工作参数，进而出现了松、拉刀动作不到位[2]。
具体原因分析如下：1）由于刀具拉杆的变形，其与活塞端面间的距离发生改变，使松、拉刀行程发生变化，电主轴在加工过程中换刀频繁，加工一个工件往往需要换刀5~6次，每次换刀均由活塞推动拉杆完成，频繁受力。
如果拉杆硬度低，端面就会出现打毛现象，致使拉杆与活塞端面间的距离发生改变，气（液）压缸的行程与主轴的松、拉刀行程不匹配，活塞或者接触不到拉杆；或者与拉杆粘连，造成松、拉刀动作失灵失效；影响主轴正常工作。
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。
电主轴故障分析及提高其可靠性措施
电主轴故障分析及提高其可靠性措施籍永建;王红军【摘要】电主轴在机械行业中的应用越来越广泛,如何提高其可靠性正成为人们关注的焦点.与传统主轴相比,电主轴具有许多优点,其在超高速加工中扮演着不可替代的角色.文中介绍了电主轴的特点以及常见的故障类型,并结合专家学者的研究,分别从设计环节、工作运行环节、日常维护环节三方面阐述了提高电主轴可靠性的措施.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】3页(P7-9)【关键词】电主轴;机械行业;可靠性;故障类型【作者】籍永建;王红军【作者单位】北京信息科技大学现代测控技术教育部重点实验室,北京100192;北京信息科技大学机电工程学院,北京100192;北京信息科技大学现代测控技术教育部重点实验室,北京100192;北京信息科技大学机电工程学院,北京100192【正文语种】中文【中图分类】TH133.20 引言随着航天、汽车以及其他行业的不断发展，机床的高速化已经成为一种不可阻挡的潮流［1］。
作为高速、超高速加工中心的核心部件，电主轴在促进高速切削技术发展、简化机床结构、降低机床成本、提高机床可靠性等方面都发挥着巨大的作用，因此电主轴的工作性能也越来越受到业内人士的关注。
1 电主轴简介1.1 电主轴组成部分与传统机床主轴不同，电主轴是将主轴电机的定子、转子直接装入主轴部件内部，其具有结构紧凑、重量轻、惯性小、动态特性良好、传动效率高等一系列优点［2］。
电主轴采用变频电机与机床主轴合为一体的形式，取消电动机与主轴之间的一切机械传动环节，实现了变频电机与主轴之间的零传动。
这种传动方式有效地避免了皮带或齿轮传动方式中的主轴系统在高速下易打滑、振动以及高噪声、惯量大等缺点。
1.2 电主轴的特点［3］与传统机床主轴（机械主轴）相比，电主轴具有无可替代的优势，笔者主要从以下5个方面进行阐述。
图1 电主轴结构示意图1.主轴2．前轴承3．前轴承座4．松拉刀装置5．电机转子6．电机定子7．电机冷却套8．主轴外壳9．后轴承10．后轴承座1）结构设计方面。
加工中心用电主轴结构设计及其仿真分析
加工中心用电主轴结构设计及其仿真分析一、综述随着科技的不断发展，加工中心在制造业中的地位越来越重要。
加工中心作为一种高效、高精度、高自动化的加工设备，已经成为现代制造业的重要支柱。
然而加工中心在使用过程中，电主轴作为其核心部件，其结构设计和性能对加工中心的整体性能具有重要影响。
因此对加工中心用电主轴的结构设计及其仿真分析进行研究，对于提高加工中心的性能和降低生产成本具有重要意义。
电主轴是一种将交流电源转换为高速旋转并带传动功能的电动机。
它具有结构简单、重量轻、惯性小、响应速度快等优点，广泛应用于数控机床、加工中心等机械设备中。
电主轴的结构设计主要包括电机、减速器、轴承、冷却系统等部分。
其中电机是电主轴的核心部件，其性能直接影响到整个电主轴的性能；减速器用于降低电机转速，提高扭矩；轴承用于支撑转子并实现转动；冷却系统用于降低电机温度，保证电主轴的正常运行。
为了提高加工中心的性能，需要对电主轴的结构进行优化设计。
首先应选择合适的电机类型和参数，以满足加工中心的工作要求。
其次应合理选择减速器类型和参数，以保证电主轴具有较高的转速和扭矩输出。
此外还应考虑轴承的选择和配置，以确保电主轴具有较低的噪声和振动。
冷却系统的设计也至关重要，应根据加工中心的工作环境和工艺要求，选择合适的冷却方式和参数。
为了验证电主轴结构设计的合理性和性能，可以采用仿真分析方法对其进行评估。
通过建立数学模型，对电主轴的结构参数进行优化设计，并利用仿真软件对其进行模拟分析。
仿真分析可以帮助我们了解电主轴在不同工况下的性能表现，为实际应用提供依据。
同时仿真分析还可以发现结构设计中的潜在问题，为改进设计提供参考。
加工中心用电主轴结构设计及其仿真分析是一项重要的研究工作。
通过对电主轴结构的设计优化和仿真分析，可以提高加工中心的性能，降低生产成本，为现代制造业的发展做出贡献。
1.1 研究背景和意义随着现代制造业的飞速发展，加工中心在工业生产中扮演着越来越重要的角色。
电主轴故障分析
• 上述这些公司生产的电主轴较之国内生产的有以 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。
谢谢！
ありがとうございます
• 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 具体解决措施。
• 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。
解决措施：测量并调整电压, 使其符合电主轴的要求; 检查笼条质量及时更换转子; 检查是否漏水; 把电 主轴前端改为密封性好的结构, 如气封或多重迷宫 密封。
我对电主轴的看法
参考文献
[1]孟德浩, 龙新华, 孟光.高速电主轴转子—轴承系统动态特性分析[J]. 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室, 2012(4):7-8.
高档数控机床高速精密电主 轴关键技术及应用 公告
高档数控机床高速精密电主轴关键技术及应用公告全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：近年来，随着工业技术的不断发展和进步，高档数控机床在制造业中的应用越来越广泛。
作为数控机床的关键部件之一，高速精密电主轴的研发和应用越来越受到人们的重视。
高速精密电主轴在数控机床中的作用非常重要，对于提高机床加工效率和精度具有至关重要的作用。
本文将对高档数控机床高速精密电主轴的关键技术和应用进行深入探讨。
一、高速精密电主轴的概念和特点高速精密电主轴是数控机床中的一个重要部件，它主要用于驱动刀具进行高速旋转，以实现工件的加工。
与传统的机床相比，高速精密电主轴具有以下几个显著的特点：1. 高转速：高速精密电主轴的转速通常可以达到数万转每分钟，远远高于传统机床的转速。
2. 高精度：高速精密电主轴的精度可以达到微米级，可以满足对工件加工精度要求较高的情况。
3. 高刚性：高速精密电主轴具有较高的刚性，可以保证在高速运转时不会产生明显的振动和变形。
4. 高可靠性：高速精密电主轴采用先进的控制技术和材料，具有较高的可靠性和稳定性。
1. 高速轴承技术：高速精密电主轴的转速较高，因此对轴承的要求也非常严格。
目前，常见的高速轴承包括气体润滑轴承、油气混合润滑轴承等，这些轴承具有耐高速、耐高温、寿命长等特点。
2. 高速电机技术：高速精密电主轴所采用的电机通常为无刷直流电机或交流伺服电机，这些电机具有响应速度快、控制精度高、寿命长等特点。
3. 热力分析技术：高速精密电主轴在运行时会受到热量的影响，因此需要进行热力分析以保证轴承和电机的正常运转。
4. 动平衡技术：高速精密电主轴在运行过程中会产生一定的不平衡力，因此需要进行动平衡处理以减小振动和噪音。
高速精密电主轴主要应用于对工件加工精度要求较高的领域，如航空航天、汽车制造、模具加工等。
其具体应用领域包括但不限于以下几个方面：1. 航空航天领域：航空航天领域对零部件的加工精度要求非常高，因此高速精密电主轴在该领域应用广泛。
基于Workbench的高速电主轴动力学特性分析
图 ６ 低 频 时 电 主轴 前 端 径 向位 移 响 应 曲线
（ ２ ）本 文 中有 限元 分析 的思路 也 可 以用在 电主轴 部件 的各项设 计 与分析 优化方 面 。如果对 主轴关 键 部 位进 行 实验数 据 实测 ， 并 将其 与理论 分析 结合起 来 ， 则 能够 进 一步提 高仿 真分析 的精 度 。
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般 以不 超 过其 一 阶临 界 转 速 的 ７ ５ ％为 宜嘲 。本 文 电 主轴 的 转 速符 合这 个标 准 。
１ ． ５
目
轴 ６阶 固有频率 附 近 的响 应 曲 线 可 以看 出 ， 主轴 前 端 径 向响应位 移仍 然呈增 长趋 势 。 主轴在 强制 频率 １ ０ ０ ０ Ｈｚ 工作 时 ， 主轴前 端 面 的 径 向位 移 在 １ ． ７ ９ ×１ ０ ｍ～ ９ ． １ １ ×１ ０ ｍ 之间 ， 此
参考文献 ：
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［ １ ］ 巫少龙 ， 张元祥． 基 于 ＡＮＳ ＹＳ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ的 高 速 电 主 轴 动力学特性分析 ［ Ｊ ］ ． 组 合 机 床 与 自动 化 加 工 技 术 ， ２ ０ １ ０
作 频率 为 ２ ５ ０ Ｈｚ 时， 位移量不到 ４ ９ ． １／ ｘ ｍ， 能够 满 足 电主轴 单元 工作 时的精 度需求 。
４ 总 结
Ｅ ８ ３ 张世珍 ， 刘炳业 ， 范 晋伟 ， 等． 电 主 轴设 计 的 几 个 关 键 问 题 ［ Ｊ ］ ． 制造技术与机床， ２ ０ ０ ５ （ ８ ） ： ５ ０ — ５ ２ ．
精密电主轴单元设计技术
精密电主轴单元设计技术
张明辉;张世珍
【期刊名称】《制造技术与机床》
【年(卷),期】2010(000)011
【摘要】论述了如何确定精密电主轴单元的主要技术参数,利用经验公式估算了主轴单元静刚度;运用平衡理论分析了高速主轴的动平衡精度和有效的动平衡方法;在结构设计中,设计了旋转组件的动平衡和整机驱动的在线二次动平衡位置,最后完成电主轴单元的结构优化设计.
【总页数】4页(P49-52)
【作者】张明辉;张世珍
【作者单位】北京工研精机股份有限公司,北京,顺义,101312;北京工研精机股份有限公司,北京,顺义,101312
【正文语种】中文
【相关文献】
1.高速精密水润滑电主轴关键技术研究进展 [J], 蒋书运;张少文
2.高速精密电主轴用永磁同步电动机的设计及性能分析 [J], 牛凯;付江寒;崔立英;郑光普
3.精密电主轴结构设计及测控技术发展现状 [J], 何强;李安玲;李丽丽;沈远;张国烨;杨光
4.高速精密电主轴单元的动态优化设计 [J], 熊万里;温建立;黄红武
5.精密钻削电主轴静压气体止推轴承润滑参数动态优选设计 [J], 喻丽华;谢庆生;黄海松;邹中妃
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电主轴加工需要注意什么
电主轴加工需要注意什么电主轴加工是一种常见的机械加工方法，广泛应用于数控机床、自动化设备等领域。
在进行电主轴加工时，需要注意以下几点：一、选择合适的电主轴选择合适的电主轴是保证加工质量的重要因素。
需要考虑的因素包括加工材料的硬度、切削力大小、切削轴向负荷等。
在选择电主轴时，应注意其承载能力、转速范围、动态刚性和静态刚度等性能指标是否满足加工要求。
二、控制电主轴的温度电主轴在加工过程中会产生大量的热量，如果不能有效地散热，将会导致电主轴温度升高，从而降低其工作性能、寿命和精度。
因此，需要做好电主轴的散热工作，可以通过增加冷却器、采用风冷或水冷等方式来控制电主轴的温度。
三、保持电主轴的稳定性电主轴的稳定性是保证加工精度和表面质量的重要条件。
在进行电主轴加工时，应避免出现共振或振动现象，这将导致刀具振动或失稳，进而影响加工质量。
为了保持电主轴的稳定性，可以采取增加结构刚度、提高轴承刚性、优化刀具配重等措施。
四、选择合适的刀具刀具的选择对于电主轴加工的质量和效率至关重要。
应根据加工材料的硬度、切削方式、切削深度和切削速度等因素，选择合适的刀具类型、材料和几何参数。
同时，还要注意刀具的安装精度和刀具磨损情况，及时更换磨损严重的刀具。
五、控制加工参数控制加工参数对于保证电主轴加工质量和提高加工效率也非常重要。
如切削速度、进给速度、切削深度等参数的选择需要根据具体情况进行调整，以保证切削力和切削温度在合理范围内，同时提高加工效率。
六、做好刀具保养刀具的使用寿命对于电主轴加工的成本和效率有着很大的影响。
因此，需要做好刀具的保养工作，延长刀具的使用寿命。
具体的保养工作包括及时清除刀具表面的切削油渣和切屑、定期对刀具进行磨刃和涂覆刀具涂层等。
七、加强安全防护在进行电主轴加工时，需要加强安全防护措施，确保操作人员的安全。
操作人员需要佩戴个人防护用品，如安全眼镜、手套等。
同时，机床的操作台面要保持整洁、无障碍，并配备紧急停机按钮和安全防护装置。
数控机床电主轴设计的若干问题及探讨
在恒定的温度范围内正常工作。具体措施：以经过油冷却装置
的冷却油强制性地在主轴轴承外循环，带走产生的热量。
另外，在设计电主轴组件时，电主轴转子中的主轴 及前后
轴承座等零件，最好采用同样密度、同样比热的 材料，以保证
整个电主轴组件运转的热平衡性。
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１．引出线 ２．定子 ３．转子 ４．套筒 ５．绕组 ６．外壳 图 ２ 电主轴结构示意图
中图分类号：ＴＨ１３３．３
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７２－ ５４５Ｘ（２００８）０５－ ０１４８－ ０３
自 １９５２ 年美国研制成功第一台数控机床以来，随着电子 技术、计算机技术、自动控制和精密测量等相关技术的发展，数 控机床在迅速的发展和不断的更新。到 １９ 世纪 ８０ 年代，数控 机床已经经历了 ５ 个发展阶段，体积日益缩小、价格逐年下降、 可靠性显著提高，性能更加完善。２０ 世纪 ９０ 年代以来，计算机 的飞速发展，使数控机床的发展进入第六阶段［１￣２］。
１ 电主轴简介［５￣６］
高速电主轴可以简单的总结为“电机 ＋ 主轴”，也可以说是 一台高端的电动机。传统的机床主轴以普通电机通过传动带 、 齿轮等传动系统驱动，电主轴则将异步电机的转子直接通过过 盈配合与机床主轴相连，从而取消了从主电动机到主轴之间一 切中间的机械传动环节，实现了主电机与机床主轴的一体化， 使机床的主传动系统实现了所谓的“零传动”。 图 １ 是电主轴 的结构示意图。
一般内藏式电动机采用外循环油水冷却系统进行冷却，即在在
主电动机定子的外边加工有带螺旋槽的铝质外套（如图 ２），机
床工作时，冷却水不断在该螺旋槽中流动，从而把主电动机的
热量带走。
对于轴承的发热问题，首先我们可采用角接触陶瓷轴承，
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内， 所设计的主轴满足机床的使用要求。图 $ 是第 " 阶频率对应的振型图。
由上图可以看出， 主轴后端热伸长量大于主轴前 端热伸长量。后端最大热伸长为 (+ (,. ! ))， 主轴前 端最大热伸长是 (+ (". . ))。
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主轴冷却系统设计
电主轴结构由于电动机位于主轴单元中， 自然散
电主轴设计的几个关键问题
张世珍 ! 刘炳业 " 范晋伟 ! 常文芬 "
（ !北京工业大学机电工程学院， 北京 $"""%% ； 北京 $""$"% ） "北京机床所精密机电有限公司， 摘 要： 论述用于立式加工中心的电主轴设计时轴承的合理选择， 使用有限元分析了 !" """# $ %&’ 主轴的固 有频率特性以及电动机和轴承发热对主轴精度的影响， 完成了高速主轴单元的结构设计。 关键词： 加工中心 高速电主轴
潘尚峰 黄礼强
（ 清华大学精密仪器系， 北京 $%%%&’ ） 摘 要： 工作气隙是影响直线同步振动电动机工作性能的主要因素之一， 寻求合理结构的工作气隙是电动机 设计工作中十分重要的内容。文章首先针对隐极式结构的直线振动电动机， 从理论上定性分析了电 磁推力与工作气隙结构参数的关系， 总结出合理工作气隙结构设计的依据。最后采用电磁场有限元 分析软件验证了得出的结论， 结果证明这些结论是正确的， 可以在直线同步振动电动机工作气隙设 计中采用。 关键词： 直线振动电动机 非圆车削 磁路设计 有限元分析
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图 ! 是主轴组件划分网格图， 计算时利用分块兰 索斯法 （ 789:; <3=:>9?） 提取主轴系统的固有频率和振 型。
主轴系 统 前 * 阶 的 固 有 频 率 为 (0 @"A -. B>， !.’0 -5 B>， 5A*0 "- B>。第 " 阶固有频率 ’" C (0 @"A -. B> ， 由此可确定主轴使用的最低工作转速应大于 55 D E F%=。第 - 阶频率 ’- C !.’0 -5 B>， 是使用极限转 速 -( ((( D E F%= 的 "0 .@ 倍， 在 安 全 系 数 -( ) 的 范 围
坯缺陷、 加工和装配等原因， 使质量分布不均匀， 形成 一定的偏心。当转子转动时就产生不平衡的离心力， 从而使整个主轴系统产生有害的振动和噪声， 降低轴 承及整个主轴系统的使用寿命， 影响到整个主轴系统 的动态工作精度。因此要求精密主轴的动平衡精度达 到 /(+ - 。在结构设计时， 设计了双面动平衡位置环， 旋转零件组装后， 在动平衡机上作一次动平衡。试机 时， 如果必要可作在线动平衡， 保证高速主轴运行平 稳。 鉴于以上分析， 在电主轴结构设计时， 采用前端固 定， 后端浮动的支承方式。前端四列背对背角接触球 轴承， 主轴的径向和轴向全部固定； 后端选用圆柱滚子 轴承， 轴承内圈、 滚子可与主轴一起， 沿着外圈滚道作 轴向移动。减小热伸长对主轴的影响， 精度保持性好。 具体结构如图 &( 所示。
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