高速电主轴原理与结构设计
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：高档数控机床高速精密电主轴关键技术及应用随着科技的不断发展，数控机床作为制造业的重要装备之一，正逐渐成为制造业的主力军。
而高档数控机床的核心部件之一——高速精密电主轴，更是决定了整个机床性能和加工质量的关键部件。
本文将重点介绍高档数控机床高速精密电主轴的关键技术及应用。
一、高速精密电主轴的定义和特点高速精密电主轴是数控机床上用于驱动刀具旋转的核心部件，它直接影响了机床的加工精度、效率和稳定性。
一般来说，高速精密电主轴具有以下几个特点：1. 高速转速：高速精密电主轴的工作转速通常在10000rpm以上，甚至可以达到50000rpm以上。
高转速可以提高加工效率，缩短加工周期。
2. 高精度：高速精密电主轴需要具有极高的旋转精度和稳定性，以保证加工的精度和表面质量。
4. 高功率密度：高速精密电主轴需要具有高功率密度，以满足大功率输出的要求，同时尽可能减小轴体体积和重量。
1. 轴承技术：高速精密电主轴的轴承是其最关键的部件之一，直接影响轴的精度、稳定性和寿命。
目前主要采用陶瓷球轴承、陶瓷滚珠轴承和气体轴承等高速轴承技术。
2. 动平衡技术：高速精密电主轴在旋转时会产生不小的离心力，需要采用动平衡技术来消除不平衡导致的振动和噪音。
3. 冷却技术：高速精密电主轴在高速运转时会产生大量热量，需要采用有效的冷却技术来保持轴的温度稳定，避免发热过高导致零部件热变形。
4. 控制技术：高速精密电主轴需要配备精密的控制系统，以实现精准的转速控制、负载检测和自适应控制等功能。
5. 结构设计：高速精密电主轴的结构设计需要考虑到刚性和轻量化的平衡，同时保证轴体的稳定性和可靠性。
高速精密电主轴广泛应用于汽车、航空航天、铁路、军工等领域，主要用于高精度、高效率的加工。
具体应用包括精密零件加工、高速铣削、高速车削、高速钻孔等领域。
目前国内外一些知名数控机床制造商，如哈斯、西铁城、FANUC 等，都大量采用了高速精密电主轴技术，使其生产的数控机床具有更高的加工精度和效率，受到了市场的广泛认可。
高速电主轴及其结构
高速电主轴及其结构报告姓名：周李念学号：20122449班级：机自实验04班重庆大学机械工程学院高速电主轴及其结构周李念（重庆大学机械工程学院机自实验04班）摘要：高速加工能显著地提高生产率、降低生产成本和提高产品加工质量，是制造业发展的重要趋势，也是一项非常有前景的先进制造技术。
实现高速加工的首要条件是高质量的高速机床，而高速机床的核心部件是高速电主轴单元，它实现了机床的“零传动”，简化了结构，提高了机床的动态响应速度，是一种新型的机械结构形式，其性能好坏在很大程度上决定了整台机床的加工精度和生产效率。
关键词：高速加工；电主轴；结构设计1 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.典型的磨削电主轴的结构如图1 所示，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，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［1］..1 转轴；2 前轴承组；3 定子部件；4 转子部件；5 后轴承组；6 进-出水孔；7 进油孔；8 接线座；9 出油孔图1 电主轴结构简图高速电主轴的优点：高速电主轴取消了由电机驱动主轴旋转工作的中间变速和传动装置（如齿轮、皮带、联轴节等），因此高速电主轴具有如下优点：（1）主轴由内装式电机直接驱动，省去了中间传动环节，机械结构简单、紧凑，噪声低，主轴振动小，回转精度高，快速响应性好，机械效率高；（2）电主轴系统减少了高精密齿轮等关键零件，消除了齿轮传动误差，运行时更加平稳；（3）采用交流变频调速和矢量控制技术，输出功率大，调速范围宽，功率—扭矩特性好，可在额定转速范围实现无级调速，以适应各种负载和工况变化的需要；（4）可实现精确的主轴定位，并实现很高的速度、加速度及定角度快速准停，动态精度和稳定性好，可满足高速切削和精密加工的需要；（5）大幅度缩短了加工时间，只有原来的约 1/4；（6）加工表面质量高，无需再进行打磨等表面处理工序；2 高速电主轴的结构［2］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 电主轴的转轴及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，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.1 转轴；2 前轴承组件；3 平衡环；4 转子部件；5 后轴承组件图2 转轴结构简图.在一般情况下，转轴结构为阶梯形，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..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.2.3 电主轴的轴承技术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. 冷却技术高速电主轴旋转过程中产生的发热和温升问题是高速电主轴研究的一个重点。
分析高速机床电主轴的热管冷却
分析高速机床电主轴的热管冷却摘要高速机床相对于传统的加工机床来说具更高的加工速度以及较优秀的零件精度及切削表面质量，为现代化的机械加工业提供更优质的服务。
但是由于高速机床在工作的过程中，是由电主轴的高速旋转来完成工作的，在这一进程中产生了大量的热量，温度的升高使得机械产生热膨胀，从而使得零件的制造精度降低，误差较大，因此采取有效的降温措施是保证高速机床正常工作的必然选择。
本文中主要针对高速机床电主轴的热管冷却进行了详细的分析及探讨。
关键词：高速机床；电主轴；热管冷却高速机床在使用的过程当中，处于高速旋转状态下的电主轴的各个零件都会表现为或强或热的发热现象，如果不采取及时且有效的冷却措施，就会使得电主轴与机床中的其它结构的相对位置等参数相较于正常运转状态存在较大的误差，特别是电主轴发生较强的热膨胀时，会严重的影响着零件的加工误差，此外，由于温度得不到很好的控制，也会使得电主轴过热而发生局部的应用变化等，等而减少高速电主轴的使用寿命，增加了生产成本，因此应采用合理的冷却系统，提高电主轴的冷却水平，从而更有利于稳定机械加工质量，保护高速机床设备。
1.创新高速电主轴冷却系统的必要性分析在当今我国使用的高速机床中，在进行高速主轴冷却工作时，大多数是采用在主轴壳体内添加冷却油的形式来实现的，这些冷却油在主轴的工作过程中得到不断的循环，从而将热量带下次，达到主轴冷却的最终目的。
在具体的工作中，这些冷却油在油温控制器的控制下，经前端盖处的入水口，流入到前端轴承外围，并完成对前端轴承的冷却工作，随后再流向主轴的定子及后轴承，完成相应的冷却任务后，再流回主轴油温控制品，这一流程的结束即完成了一次冷却循环。
高带电主轴在工作中之所以会发出热量，究其原因主要是其存以以下的发热源，首先位于机床主轴结构中的主轴电动机高速旋转而发出的热量，是其内部结构的主要热量来源；其次，由于电动机在主轴壳体内的高速转动使得壳体内的空气发热，同时再通过主轴壳体等散发了出去，这使得主轴的温度有所升高，甚至于其使用寿命也会有所缩短，零件的加工精度也得不到有效保证；最后，在转动过程中，主轴轴承摩擦所产生的热能也是热源之一。
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。
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
1.电主轴
电主轴概述迅速发展和日趋完善，高速数控机床主传动系统的机械结构已得到极大的简化，基本上取消了带轮传动和齿轮传动。
机床主轴由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”。
这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此可做成“主轴单元”，俗称“电主轴”(ElectricSpindle,Motor Spindle)。
由于当前电主轴主要采用的是交流高频电动机，故也称为“高频主轴”（High FrequencySpindle)。
由于没有中间传动环节，有时又称它为“直接传动主轴”（Direct Drive Spindle)。
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。
产品特性高转速、高精度、低噪音、内圈带锁口的结构更适合喷雾润滑。
主要用途数控机床●机电设备微型电机●压力转子电主轴所融合的技术高速轴承技术电主轴通常采用动静压轴承、复合陶瓷轴承或电磁悬浮轴承。
动静压轴承具有很高的刚度和阻尼，能大幅度提高加工效率、加工质量、延长刀具寿命、降低加工成本，这种轴承寿命多半无限长。
复合陶瓷轴承目前在电主轴单元中应用较多，这种轴承滚动体使用热压Si3N4陶瓷球，轴承套圈仍为钢圈，标准化程度高，对机床结构改动小，易于维护。
电磁悬浮轴承高速性能好，精度高，容易实现诊断和在线监控，但是由于电磁测控系统复杂，这种轴承价格十分昂贵，而且长期居高不下，至今没有得到广泛应用。
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，理论上可以把电主轴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。
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。
大功率高速电主轴电动机冷却系统的设计
大 功 率 高速 电主 轴 电动 机 冷却 系 统 的设 计
应 一 帜
（ 台州职 业技术 学院 ， 浙江 台州 ３ ８ ０ ） １ ０ ０
摘
要 ： 过对 电主轴发 热特性 的分析 ， 通 设计 了油水热 交换 系统 ， 对 电主轴 内部结 构 进行 了改 进 。最后 运 并 用有 限元技 术对高速 空运 转条件 下的 电主轴进 行热态分 析 ， 析结 果表 明散热效 果明显 。 分
结构 设计 热交换 有 限元
关键 词 ： 电主 轴
Ｄｅ ｉｎ ｏ ｏ ｉｇ Ｓ ｓ ｅ ｆ ｒ ｈ ｇ ｐ ｅ ｔ ｒ ｅ ｉｄｅ Ｍａ ｎ Ｍｏ ｏ ｓｇ ｆＣｏ ｌ ｙ ｔ ｍ ｏ ｅ Ｈｉｈ Ｓ ｅ ｄ Ｍｏｏ ｉ ｄ Ｓｐｎ ｌ ｉ ｔ ｒ ｎ ｔ ｚ
ＹＩ ＮＧ ｚ ｉ Ｙｉｈ
（ ａ ｈ ｕＶ ｃｔ ｎ ｌ ｅｈ ｏ ｇ ｏｌ ｅ Ｔ ｉ ｏ ０ ０ Ｃ Ｎ） Ｔ ｉ ｏ ｏ ａｏ ａ Ｔ ｃ ｎｌ ｙＣ ｌ ｇ ， ａ ｈｕ３ ０ ， Ｈ ｚ ｉ ｏ ｅ ｚ １ ８
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｂｙ ａ ａｙ ｉ ｇ ｔ ｅ Ｂｕｉ －ｆ ｖ ｒｃ ａ ａ ｔｒｓｉｓ ｏ ｔ ｒｚ ｄ Ｓ ｉ ｄ ｅ，ｔ ｅ ｄｅ ｉｎ ｏ ｈ ｉ—ｗａｅ ｅ ｔｅ － ｔａ ｔ ｎ ｌｚｎ ｈ ｌ ｅ ｅ ｈ ｒ ｃ ｅｉｔｃ ｆｍｏｏ ｉｅ ｐ ｎ ｌ ｔ ｈ ｓｇ ｆｔ ｅ ｏ ｌ ｔ ｒｈ ａ ｘ
电主轴 的冷却 与润滑是 电主 轴设计 制造 中最 关键
的一部 分 。电主轴 的冷 却 与润 滑 方式 的选择 、 却 能 冷 力的计算 、 润滑 油量 的控 制等 均将影 响 电主轴的转 速 、 精度 、 寿命等 。电主 轴运 转 中的发 热 问题 始 终是 人 们 关 注 的焦 点 。电主轴 的 内部 有 两个 主 要 热源 ， 是 内 一 藏式 电动机 ， 一个是 主轴轴 承。 另
数控车床用高速电主轴的结构优化
数 控 车床 用 高速 电主轴 的结 构优 化
王 可 ， 易广 建 ，孙 英伟
（ 阳工 业大 学 ，辽 宁 沈 阳 １０７ ） 沈 １ ８０
摘 要 ： 通 过 对某 车床 用 电 主轴 的支 承 特 点 进 行 分 析 ，建 立 了其 主 轴一 轴 承 系统 的 参 数 化 有 限 元 模 型 ；应 用 Ａ Ｓ Ｓ的优 化 设 计 功 能 ， 以提 高 电 主 轴 的 刚 度 为 目标 ， 取 主 轴 的支 撑 跨 距 为 设 计 参 数 ， 以第 ２阶 固 有 频 率 ＮＹ 为校 核 条 件 ，对 该 型 电主 轴 进 行 了优 化 ，使 该 主轴 的刚 度 和 第 ２阶 固有 频 率都 有所 提 高 。 关 键 词 ： 电 主轴 ；有 限元 分 析 ；优 化 设计 中 图分 类 号 ：Ｔ ３ ９ ： Ｔ ３ ． Ｐ１ ＨＩ３ ２ 文 献标 识 码 ：Ａ
Ｏ 弓 言 Ｉ
轴 刚度 最大 的就是前后 轴承 的支撑跨距 和主轴前 端悬 伸量 … 。其 中，主 轴 前 端 悬 伸 量 由 主 轴 端 部 结 构 、
前轴承 的 密封 和润 滑 形 式 等 因素 决 定 ，很 难 进行 改进 ；而主轴 刚度受前后 轴承 问的支撑跨距 影响则 比
盈 衬套 和主轴 安装在 一起 ，轴 承的配 置形式 为三支撑 结构 。两个前 轴承分 别为 角接触 混合 陶瓷球轴 承和双
列 陶 瓷 混 合 圆 柱 轴 承 ，后 轴 承 采 用 双 列 陶 瓷 混 合 圆柱
图 １ 电 主 轴 的 主 轴 一 轴 承 系 统 结 构 图
１３ 主 轴 参 数 化 有 限 元 模 型 的 建 立 ．
段 （ 图１ 见 ）分别 用参数 、： 和 三 来表示 。 、， 电主轴单 元是一种 阶梯轴 ，具 有 中空 、多支 承的
数控铣床电主轴系统设计说明书
目录引言 (1)1.数控铣床简介 (3)1.1.数控铣床组成 (3)1.2.数控铣床的工作原理 (4)1.3数控铣床加工的特点 (4)1.4数控铣床加工的主要对象 (4)2.电主轴概述 (5)2.1电主轴的基本概念 (5)2.2电主轴单元关键技术 (6)2.2.1高速精密轴承技术 (6)2.2.2高速精密电主轴的动态性能和热态性能设计 (7)2.2.3高速电动机设计及驱动技术 (8)2.2.4高速电主轴的精密加工和精密装配技术 (8)2.2.5高速精密电主轴的润滑技术 (9)2.2.6高速精密电主轴的冷却技术 (9)2.3高速电主轴发展及现状 (9)2.3.1高速电主轴技术的发展及现状 (9)2.3.2主轴单元结构形式研究的发展 (11)2.4电主轴对高速加工技术及现代数控机床发展的意义 (12)2.5内装式电主轴系统的研究 (13)3.电主轴工作原理及结构 (16)3.1电主轴的基本结构 (16)3.1.1轴壳 (16)3.1.2转轴 (16)3.1.3轴承 (17)3.1.4定子及转子 (17)3.2电主轴的工作原理 (17)3.3电主轴的基本参数 (19)3.3.1电主轴的型号 (19)3.3.2转速 (19)3.3.3输出功率 (19)3.3.4 输出转矩 (19)3.3.5电主轴转矩和转速、功率的关系 (20)3.3.6 恒转速调速 (20)3.3.7 恒功率调速 (20)3.3.8 轴承中径 (20)3.4自动换刀装置 (21)4. 电主轴结构设计 (22)4.1主轴的设计 (22)4.1.1.铣削力的计算 (22)4.1.2 主轴当量直径的计算 (23)4.2高速电主轴单元结构参数静态估算 (23)4.2.1 高速电主轴单元结构静态估算的内容及目的 (23)4.2.2轴承的选择和基本参数 (23)4.3轴承的预紧 (24)4.4主轴轴承静刚度的计算 (24)4.4.1 主轴单元主要结构参数确定及刚度验算 (26)4.4.2主轴单元主要结构参数确定 (27)4.4.3主轴强度的校核 (32)4.4.4主轴刚度的校核 (34)4.4.5主轴的精密制造 (35)4.5主轴电机 (36)4.5.1电机选型 (36)4.6主轴轴承 (37)4.6.1轴承简介 (37)4.6.2陶瓷球轴承 (38)4.6.3陶瓷球轴承的典型结构 (40)4.7主轴轴承精度对主轴前端精度影响 (40)4.8拉刀机构设计 (41)4.8.1刀具接口 (41)4.8.2拉刀杆尺寸设计 (42)4.8.3夹具体结构尺寸设计 (43)4.8.4 松、拉刀位移的确定 (45)4.8.5碟型弹簧的设计及计算 (46)4.9HSK工具系统结构特点分析 (48)4.10HSK工具系统的静态刚度 (52)4.10.1 HSK工具系统的变形转角及极限弯矩 (52)5.电主轴的润滑及冷却 (55)5.1润滑介绍 (55)5.1.1润滑的作用和目的 (55)5.1.2 电主轴润滑的主要类型 (55)5.1.3 油气润滑的原理和优点 (57)5.2电主轴的冷却 (58)5.2.1电主轴的热源分析 (58)5.2.2电主轴的冷却方法 (59)5.3电主轴的防尘和密封 (60)6.电主轴的驱动和控制 (61)6.1恒转矩变频驱动和参数设置 (61)6.2恒功率变频驱动和参数设置 (62)6.3矢量控制驱动器的驱动和控制 (64)6.4普通变频器原理 (65)6.5本设计采用的变频器原理 (67)6.6主轴准停 (69)6.6.1主轴的准停功能 (69)6.6.2主轴准停的工作原理 (69)6.6.3主轴准停控制方法 (70)7．主轴动平衡 (72)7.1动平衡介绍 (72)7.2动平衡设计 (73)总结 (75)致谢 (76)参考文献 (77)引言高速机床是实现高速切削加工的前提和条件。
机床高速电主轴原理与应用_杨军
机床高速电主轴原理与应用*杨军1,郭力1,卿红2(11湖南大学机械与汽车工程学院,长沙市410082;21湖南商学院计算中心)摘要:本文介绍了高速电主轴的工作原理和基本结构,同时着重介绍了高速电主轴的轴承,最后分析了高速电主轴的驱动和冷却润滑方式,综述其应用及发展前景。
关键词:主轴;轴承;润滑;机床中图法分类号:TH13312文献标识码:A文章编号:1001-3881(2001)4-043-20前言随着新世纪的到来,现代机械制造工业向高精度、高速度、高效率的方向飞速发展,对加工机床提出了更高要求。
这就需要可以高速运转的主轴部件系统)))高速主轴单元。
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,可以减少齿轮传动,简化机床外形设计,易于实现主轴定位,是高速主轴单元中一种理想结构。
现代的高速电主轴是一种智能型功能部件,它的种类多,应用范围日益广泛。
对电主轴的要求,来自以下几方面:(1)当前最盛行的工艺)))高速切削的需求。
(2)竞争日益剧烈的机床市场的需求,要求主轴的模块化和结构简化。
(3)加工复杂曲面的要求,需求有电主轴这样结构紧凑、占空间小的主轴部件。
1电主轴的基本结构和工作原理高速主轴单元是高速加工机床最为关键的部件。
高速主轴单元的类型主要有电主轴、气动主轴、水动主轴。
不同类型输出功率相差较大,高速加工机床主轴需在极短的时间内实现升降速,并在指定位置快速准停。
这就要求主轴有很高的角减速度和角加速度。
如果通过皮带等中间环节,不仅会在高速状态下打滑、产生振动和噪声,而且增加转动惯量,给机床快速准停造成很大困难。
目前,多数高速机床主轴采用内装式主轴电机一体化的主轴单元,即所谓内装式电机主轴(B uild-in Motor Spindle),简称/电主轴0。
它采用无外壳电机,将带有冷却套的电机定子装配在主轴单元的壳体内,转子和机床主轴的旋转部件做成一体,主轴的变速范围完全由变频交流电机控制,使变频电机和机床主轴合二为一。
电主轴空心
电主轴空心电主轴空心是一种机械结构，常用于电机等设备中。
它的设计目的是为了降低旋转部件的质量和惯量，提高设备的性能。
本文将详细介绍电主轴空心的原理、结构和应用。
在机械设备中，电主轴空心是一个中空的轴，通常由金属材料制成。
与普通的实心轴相比，电主轴空心的设计更为复杂，因为它需要满足一系列特殊要求。
首先，电主轴空心必须具有足够的强度和刚度，能够承受设备的工作载荷。
其次，电主轴空心还需要尽可能地减小自身的质量和惯量，以提高设备的响应速度和精度。
电主轴空心的设计原理是利用中空结构的优势。
首先，中空结构可以降低轴的质量。
在电机等设备中，轴的质量对设备的旋转性能有一定影响，因为质量越大，惯性力越大，旋转起来就越慢。
而电主轴空心通过减小轴的质量，可以提高设备的旋转速度和响应灵敏度。
中空结构可以减小轴的惯量。
在机械设备中，惯量指的是物体抵抗改变运动状态的性质。
轴的惯量越大，设备的加速度就越小，响应速度就越慢。
而电主轴空心通过减小轴的惯量，可以提高设备的加速度和响应速度。
电主轴空心的结构主要包括两个部分：外壳和中空空间。
外壳是电主轴空心的外部包围结构，通常由金属材料制成，具有足够的强度和刚度。
中空空间是电主轴空心的内部空间，可以用来减小轴的质量和惯量。
电主轴空心广泛应用于各种机械设备中。
首先，它常用于高速旋转设备中，例如电机、发电机和涡轮机等。
在这些设备中，电主轴空心可以提高设备的旋转速度和响应灵敏度，从而提高设备的性能。
其次，电主轴空心还常用于精密加工设备中，例如数控机床和激光加工机等。
在这些设备中，电主轴空心可以提高设备的加工精度和表面质量，从而提高产品的质量和竞争力。
电主轴空心是一种通过减小轴的质量和惯量来提高设备性能的机械结构。
它的设计原理是利用中空结构的优势，可以降低旋转部件的质量和惯量，提高设备的旋转速度和响应灵敏度。
电主轴空心广泛应用于各种机械设备中，可以提高设备的性能和竞争力。
未来，随着科技的不断发展和创新，电主轴空心的设计和应用将会更加广泛和深入。
基于数控机床的高速电主轴结构分析
基于数控机床的高速电主轴结构分析摘要：笔者结合自己的具体工作，经过对数控机床中高速主轴的结构的分析和探讨，从轴承的技术设计到主轴的动平衡设计，在此基础上引出来超高速主轴的轴端设计的理论概念和方法，同时还给出了一些具体的优化技巧和改进措施。
关键词：电主轴超高速零传动笔者在实践中总结和发现，数控机床中的高速加工，其先决条件就是一定要确保主轴的值不能小于1×106。
研究表明，高速加工有着自身大功率、宽调速的特性。
要实现高速加工，最佳方法就是直接把主轴电机的转子、定子装入主轴组件，这样就会形成一个整体的电主轴，从而实现了主轴系统的“零传动”。
因为电主轴有着紧凑、惯性小、重量轻、动态特性好相对良好的优点，所以能够改善加工机床的实际动平衡，能够大幅度地消除了振动与噪声，因此，这种方式得到了高速切削机床行业的广泛关注。
由于电主轴工作过程中其转速相对比较高，所以在具体的结构设计和控制、制造过程都提出了严格的要求和实施范围。
比如主轴的动平衡、散热、支承、精密控制及润滑等。
1、主轴轴承的技术分析主轴轴承技术属于整个超高速主轴行业中的一个最重要的技术。
现在，在世界超高速机床行业，使用最为广泛的轴承形式就是动静压轴承、磁浮轴承和混合陶瓷轴承。
1.1 磁浮轴承磁浮轴承其实就是通过电磁力的作用，把整个转轴悬浮在相应空间的一种轴承，它的优点就是定子与转轴之间不出现任何的机械接触。
因为没有机械接触，所以转轴都能达到一个极值的转速。
它的结构特点就是磨损小、噪声小、能耗低、寿命长、无油污染、无需润滑，由于磁浮轴承属于可控的轴承，转子的具体位置完全可以自律，主轴阻尼和刚度都可以调整，这样在整个加工过程中是其他轴承无法替代的。
制约磁浮轴承广泛应用的主要原因有价格、发热以及复杂的控制系统等问题，所以很多只适用于一些特殊的场合。
1.2 动静压轴承动静压轴承属于综合了静压轴承和动压轴承两者优点的一种新型多油楔油膜轴承，它的优势就在于回避了静压轴承在高速运转下的发热和复杂的供油系统，防止了动压轴承停止与启动过程所发生的一些干摩擦，由于他的调速范围比较宽，有着良好的高速性能。
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。
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
应用有限元方法对高速电主轴的优化设计
应用有限元方法对高速电主轴的优化设计摘要：介绍了高速电主轴的结构特点，应用有限元分析软件ANsYs以刚度为目标对高速电主轴进行了优化设计，并对优化后的结构进行了热态校核。
关键词：高速电主轴；优化设计；有限元；热态分析90年代以来，我国的机床制造业发展迅速，设计和制造水平都有很大的提高，整体趋向高速、精密、绿色等方向发展，特别是近几年，代表着先进制造水平的数控机床和加工中心；很多国内厂家已开始产生。
在2003年北京国际机床展上，参展的主轴转速超过10000r／min的高速加工中心共有53台，其中国内产品占到24台。
但同时也不可否认，我国机床与国外先进的设计和制造水平相比还有比较大的差距，很多诸如电主轴、控制系统等关键部件，仍然依赖国外配套，自主开发能力不足。
在这种情况下，只有解决并提高关键部件的设计制造水平，才能摆脱对国外技术的依赖，从根本上促进我国机床行业持续发展。
我校高速加工实验室自90年代以来一直从事机床关键部件高速电主轴和快速进给单元的研究，自行开发了国内第一个高速大功率电主轴——GD一Ⅱ型电主轴，该电主轴采用“零传动”的传动方式，电机内置在机床主轴上，直接驱动主轴转动，从而去掉了传统传动链上的皮带、齿轮、联接键等，通过采用变频调速技术使主轴达到很高的转速，它的典型结构和系统组成如图l所示…。
主要具有以下几个特点：(1)结构简单紧凑，能很好地解决传统皮带或齿轮等方式传动在高速运转条件下所引起的振动和噪声问题。
(2)提高生产率，可在最短时间内实现高转速，也即是主轴回转时具有极大的角加速度。
(3)电机内置于主轴两支承之间，可有效地提高主轴系统的刚度，同时也提高了系统的固有频率，从而提高了其临界转速值。
目前，在试验成功的基础上，这种电主轴已经进入产业化，为了达到更高的设计要求和水平，并保证电主轴更高的可靠性，我们采用了有限元分析(Finite Element Analysis)对电主轴进行优化设计。
机械毕业设计832机床高速电主轴的结构设计(三维)说明书
1绪论1.1 高速切削技术1.1.1 高速切削技术的理论基础早在20世纪50年代，就已经出现了用于磨削小孔的高频电主轴，当时的变频器采用的是真空电子管，虽然转速高，但传递的功率小、转矩也小。
随着高速切削的发展的需要和功率电子器件、微电子器件和计算机技术的发展，产生了全固态元件的变频器和矢量控制驱动器，加上混合陶瓷轴承的出现，使得在20世纪末期出现了一大批用于高速切削的大功率、大转矩、高转速的高速机床电主轴。
作为国民经济支柱产业的制造业，是衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志，高速切削技术是加工制造技术的一次革命性突破，是未来窃谑加工技术的重点发展方向。
高速切削技术是指利用超硬材料的加工刀具和高转速、高精度和高自动化的制造装备，以实现切除效率、加工质量和加工精度大幅度提升的先进制造技术。
图1.1 萨洛蒙曲线高速切削起源于20世纪30年代，当时德国著名的切削物理学家卡尔·萨洛蒙博士提出了高速切削假设，阐述了著名的超高速切削理论，即萨洛蒙原理：如图1.1所示，在常规切削速度范围内（A区），随着切削速度的增大，切削温度及刀具磨损程度呈线性增加，切削速度达到v1时，刀具会因为无法承受如此高的温度和磨损而不能继续使用，但是当切削速度增加到某一数值v0（一般常规切削速度的5-6倍）后，切削速度和刀具磨损速度反而随着切削速度的增加而降低。
当速度达到v2以上时，切削温度已经降到t0以下，又处于刀具允许的切削条件范围之内，因而对于每一种工件材料，存在一个从v1-v2的速度范围（B区），在这个速度范围内，由于切削温度太高（高于刀具材料允许的最高温度t0），任何刀具都无法承受，切削加工不可能进行，而处于v2以上切削速度的加工，就是高速切削加工。
实践证明随着切削速度的提高，切屑形态从带状、片状到碎屑状发展，所需单位切削力在初期呈上升趋势，而后急剧下降，这说明高速切削比常规切削轻快，两者的机理也不同。
高速切削速度比常规切削速度几乎高出一个数量级，正是萨洛蒙理论的出现，才得以使高速切削在理论上成为可能。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
内 电动机 的发热和 主轴轴承 的发热是 电主轴 有两个主要 的内部热 源 , 如 果不加 以 控制 , 由此引起 的热 变形会严重降低机床 的 加工精度和轴承使用寿命 , 从 而导致 电主轴 的使用寿命缩短 。
电主轴 由于采用 内藏式主轴结构形 式 , 位于 主轴 单 元体 中 的 电机 不 能采 用风 扇散 热 ,因此 自然散热条件较差 。电机在实现能 转换过程 中 ,内部产生功率损耗 ,从而使 电机 发热 。对 电机产生发热 的主要解决 方法是对 电机定子采用冷却液 的循环流动来 实行强制 冷却 。加工 中心 电主轴典型的冷却系统是用 外循环水式冷却装置来冷却 电机定子 , 将 电 机 的热量带走 。
主轴附件设计
电主轴要获得好的性能和使用寿命 ,其 附
件不仅要能够实现 电主轴 的功能 , 而且适应
长时间和高速度的运行要求 。对加工中心 ,电
主轴 为 了完成
刀具 自动交换 的动作过
程和刚性攻丝过程 ,必须 内 主轴编码器 为 了高速切削刀具进行冷却 , 选择使用带有陶 瓷密封的旋转接头 ,为刀具提供 内冷冷却液 电主轴还配备 了 自动松夹 刀具 装 、主轴 气 密封 、松夹刀信号检测开关等 。
夹刀装置等技术特点 。
【关键词 】电主轴 结构 抽承 冷却
主轴的冷却及轴承的润滑 冷却
附件 应用
电主轴的基本结构和工作原理 电主轴 的工作 不仅 转速 高 , 而且要求有 很高的角加减速度和在指定位置快速准停 , 这就对其结构设计 、制造和控制提 出了非常 严格 的要求并带来 了一系列技术难题 , 如 电 主轴 的散热 、润滑及精 密控制等 。在设计 中 , 必须妥善的解决这些问题 , 才能确保主轴稳 定可靠的高速运转 ,实现高效精密加工 。
内 编码器
加 工 中心为 了完 成
和刚性攻丝动
作过程准停位 和角度检测 , 必须设工主轴
位置编码器 。主轴编码器 由齿轮分度盘和传
感器组成 。齿轮环一周有 个齿的齿轮分
度盘 ,并且上面还有一个琴点标记 ,磁 光 感
应传感器感应齿轮分度盘 ,通过检测 、统计信
号 的通断数 来计 算旋 转角度 , 反馈到数控
为
,要达到 电主轴如 此高的精度 ,前后
支承都采用成组角接触球轴承 ,承 受轴 向和径
向负荷 ,前面一对 ,后面一对 。轴承一般是厂家
配好的或者是 自由组合轴承 , 在 维修装配时 , 要检查轴承 内外 圈衬套尺 寸 ,经过 测量 ,轴承 内圈的宽度加 上 内圈衬套长度要大于轴承 外
圈的宽度加 上 外 圈衬 套 长度 。轴承 内圈预加 载
刀具锥柄和 主轴 内锥 孔和前端面 紧密接触 , 刀具夹 紧 。一般加 工 中心 的换 刀时间只有两 秒 ,所 以这套 装里 非常灵活 ,能够 实现快速 刀 具 的松 夹 。
结束语 电主轴作 为高速 数控 机床 最 关键 部 件 , 其性 能好坏在 很大程度上决定 了整 台高速机
床 的加 工 精 度 和 生 产 效 率 , 因 此 为 了加 快 我
系统 , 实现准确 的相位控制 以及与进给 的配
合转动 。
刀具 自动松夹装 自动松夹装里包括刀具夹爪 、碟形资 、松 夹刀油缸等 。松 刀时 ,电主轴后面配皿 了一个 松 刀油缸 ,油 缸 的后腔充入液压 油 ,使活塞 向 前推进 , 从而把刀具拉杆克服蝶形弹赞的涨 紧力 向前伸出 ,拉杆 向前移动 ,刀具 弹性夹爪 收缩 , 刀具 即可轻松拔 出进行 新 旧刀具 的交 换 新 刀装入 后 ,液压 缸 活塞 后移 ,蝶 形 弹 簧 涨 紧力把拉杆 向后移 动 ,夹爪把刀具 涨 紧 ,把
油气润滑技术是利用压缩空气将徽
质 矽 钢 片 迭 压 而 成 。迭压 成 型 的定 子 内腔 带 量 的润 滑油 分 别连 续 不 断地 、精 确 地 供 给 每
有 冲制 嵌 线 槽 。转子 是 中频 电机 的旋 转部 分 , 一 套 主 轴 轴 承 ,微 小 油 滴 在 滚 动 和 内 、外 滚 道 它 的功 能是 将 定 子 的 电磁 场 能 转换 成机 械 间形成弹性动压油膜 , 而压 缩 空气则可 带走 能 。转子 由转子 铁 芯 、鼠笼 、转轴 三部 分组 成 。 轴承 运 转所 产 生 的部 分热 量 。
由于 电主轴 的 电机 转子 直 接和 主轴 联
结 ,增加 了主轴 的转动惯 量 ,使主轴 的极 限转
速下 降 , 因 此超 高速 电主轴 的动平 衡 精 度 要
求十 分严格 一般 应达 到 一
Hale Waihona Puke 级户浏 , 为质 量 中 心 与 回 转 中心 之 间 的位 移 ,
为角速度 。这样高的要求 ,仅在装配前对主轴 的每个零件 分别进行动平衡是 不够 的 , 必须 在装配后进行整体精确动平衡 , 甚至 设计专 门的 自动平衡 系统来 实现主轴在 线平 衡 ,以 确保主轴的高速平稳运行 。
油 雾 润 滑 属 持 续 润 滑 ,油 雾 经 过 油 路 ,源 源 不 断进 入 轴 承 ,有利 于 高 速 电主轴 稳 定 工 作 , 油 雾 润 滑 所 需 要 设备 简 单 、维 修 方 便 ,是 广泛 使 用 的一种 高 速 电主轴 润 滑 方式 。
高速 电主轴 的定子 由具 有高导磁率 的优
科技纵横
高速电主轴原理与结构设计
文 韩 江 王二镇
【摘 要 】介绍高速电主轴工作原理和 轴单元 ,也被称 为 内装式 电主轴 ,其 间不再使
基本结构 , 分析电主轴的轴承选择与装配 、动 用皮 带齿轮传 动 副 , 从 而 实现机床 主轴 系统 平衡 、轴承润滑 、主轴 密封 、电机冷却方式 、松 的“零传 动 ”,通 电后转子直接带动主轴运转 。
码器 、松 刀油缸 、旋 转接头 前端 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 。
电主轴 的轴承 及 装配 方式 电主轴 的轴承 高速 电主轴 的核心支撑部件是高速精密 轴承 。因为 电主轴 的最高转速和轴承 的大小 、 布 和润滑 方法有很大关系 , 所 以这种轴承 必须具有高速性 能好 、动 负荷承 载 能力 高 、润 滑性 能好 、发热量小 等优 点 。近年来 ,相继开 发研制 了陶瓷轴承 、磁浮轴承 、动静压轴承 。 轴承 的装配 方式
负荷 ,也就是锁紧螺母 的扭矩为
。
定子 与转子
承精 密润滑系统来控制轴承 的温升 ,来保证机 床工艺加工系统 的精度和稳定性 。高速 电主轴 的润滑主要指主轴轴承 的润 滑 , 一般 以脂润 滑 、油雾润滑和油气润滑三种 方式为主 。
脂润 滑在 甘 值较低 的 电主轴 中是 较 常见 的润滑 方式 , 脂润滑型高速 电主轴结 构 简 单 ,使 用 方便 ,无污 染 ,通 用 性 强 ,但 主 轴 温升较高 、工作寿命较短 。
工作原理 电主轴 作 为加 工 中心 的核 心部 件 , 它将 机床主轴 与文流伺 服 电机轴 合二为一 , 即将 主 轴 电机 的定 子 、转 子 直 接 装 入 主轴 组 件 的 内部 ,并 经 过 精 确 的 动 平 衡 校 正 ,具 有 良好 的 回转精度和稳定性 , 形成一个完美的高速主
主轴的动平衡设计
角接触球轴承 的发热主要是滚子与滚道 之间的滚动摩擦 、高速下所受陀螺力矩产生 的滑动摩擦 以及润滑油 的粘性摩 擦等产生 的 。减小轴承发热量 的主要措施
适 当减小滚珠 的直径 。减小滚珠直径
可以减小离心力和 陀螺力矩 ,从而减小摩擦 , 减少发热量 。
采用新材料 。比如采用陶瓷材 料做 滚 珠 ,陶瓷球轴承 与钢质 角接触球轴承相 比 ,在 高速回转时 , 滚珠与滚道间的滚动和滑动摩 擦减小 ,发热量 降低 。
采用合理 的润滑 方式 。油气和油雾等 润滑方式对轴承 不但具有润滑作 用 , 还具有
一定 的冷却作用 。 润滑
轴承 的装配将直接影晌主轴 的精度和寿
超高速主轴必须采用合理 的 、可控制 的轴
命 ,因此轴承座尺寸精度 、位 精 度 、轴承 内外
圈衬套尺寸精度 、轴承装配预加载 负荷要求都
非常高 , 加 工 中心 电主轴 内锥孔面跳动要求
电主轴 的结构 电主轴 由主轴 及主轴箱本体 、内 式的 文流伺服 电机 、辅助装 、检测装置组成 。电 机 的转子采用压 配 方法与主轴做 成一体 ,主 轴则 由前后轴承 支撑 。转子定子通过冷却套 安装于主轴单元的壳体 中 。主轴 的变速 由主 轴驱动模块控制 , 而主轴单元内的温升 由冷 却装 控制 。在主轴 的后面装有测速测角编
国高速加工技术的发展 与应用 , 加速数控机 床产品的更新换代 , 建议进一步组织力 进 行技术攻关 , 早 日实现 电主轴 的专业化批 生产 。
参考文献
【 张伯霖等 超 高速加工与机床 的琴传 动 中国机 械工程
张伯霖 超高速切削的关键技术 机床
』文 怀 兴 夏 田 数 控 机 床 设 计 实 践 指 南
北京 化学工业 出版社
作者单位 合肥工业大学机械与汽车工
程学院
研究所 〕