高速电主轴解析

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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
高速精密轴承技术
滚动轴承

主要支承类型
磁悬浮轴承
动静压轴承
滚动轴承
（１）传统钢制球轴承 高速运转时将产生巨
大的离心力和陀螺力矩， 使得滚动体与轴承外圈的 接触应力急剧增大，使得 摩擦与温升增加，导致轴 承的运转条件变差，因而 钢制球轴承应用于电主轴 受到了一定限制。
（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。
磁悬浮轴承
（1）机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等； （2）可控轴承，转子位置能够自律，主轴刚度和阻尼可调； （3）价格昂贵，控制系统复杂，发热问题不易解决；
磁悬浮轴承原理图
动静压轴承
动静压轴承是能在流体静力润滑状态下，又能 在流体动力润滑状态下工作的滑动轴承
动压轴承
静压轴承
热态性能和动态性能的设定
电主轴的润滑
脂润滑
一次性永久润滑
润
滑
的
主
油－雾润滑
具有润滑和冷却
要
双重作用
类
型
油－气润滑
精确润滑、润 滑油利用率高、 轴承发热量小、 无环境污染
油－气润滑设计
高速电主轴及其结构
周李念 20122449 机自实验04班
高速电主轴概述
定义
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 相对独立出来的电主轴单元， 俗称为“电主轴”。
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。
• 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。
电主轴单元的精密加工及热处理
保证电主轴在高速运转时的回转精度和刚度。
电主轴的精密装配
主轴与电动机转子、主轴与前后轴承、主轴与轴 承隔圈和定位过盈套、主轴与刀具、轴系与轴承 座、轴承座与壳体之间。
电主轴的防尘与密封
防止在电主轴高速运转条件下，微尘进入主轴轴 承，引起主轴振动，甚至使主轴轴承咬死。
• 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； • (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.
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。
（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。
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