飞行器制造工艺与装备(1)

《飞行器制造工艺与装备》课程大作业

（一）

题目：__ 飞行器制造装备设计部分作业________

姓名：王志强

学号： 1120830218

授课教师：杨立军_ ___

得分

哈尔滨工业大学航空宇航制造系

2015年 6 月22 日

一：关于电主轴的认识

1 电主轴的概述

高速数控机床是装备制造业的技术基础和发展方向之一，是装备制造业的战略性产业。高速数控机床的工作性能，首先取决于高速主轴的性能。数控机床高速电主轴单元影响加工系统的精度、稳定性及应用范围，其动力性能及稳定性对高速加工起着关键的作用。

高速主轴单元的类型主要有电主轴、气动主轴、水动主轴等。不同类型的高速主轴单元输出功率相差较大。

目前，随着电气传动技术（变频调速技术、电动机矢量控制技术等）的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”。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”。由于没有中间传动环节，有时又称它为“直接传动主轴”。

2 电主轴的结构

图1 电主轴结构的基本构成

电主轴结构就是将电机的转子直接作为机床的主轴，主轴单元的壳体就是电机座，并配合其他安全保障措施，实现电机与机床主轴的一体化。电主轴结构的基本构成如图1所示，它通常由电主轴单元、轴承及其润滑单元、主轴冷却单元以及动平衡单元组成。电主轴是一套组件，它包括电主轴本身及其附件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置。

冷却装置：为了尽快给高速运行的电主轴散热，通常对电主轴的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，电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，电主轴配备了自动换刀装置，包括碟形簧、拉刀油缸等；

高频变频装置：要实现电主轴每分钟几万甚至十几万转的转速，必须用高频变频装置来驱动电主轴的内置高速电动机，变频器的输出频率必须达到上千或几千赫兹。

油雾润滑装置：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。而定量，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。

3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，并且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。

4电主轴融合的技术

高速轴承技术：电主轴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。

5电主轴的主要应用范围

电主轴主要的应用范围是数控机床、机电设备、微型电机、压力转子和步进电机等。

电主轴是最近几年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电主轴是最近几年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。

6电主轴的发展趋势

随着机床技术、数控技术、高速切削技术的发展和实际应用的需要以及制约电主轴发展的关键技术的解决, 对数控机床电主轴的性能也提出了越来越高的要求, 电主轴技术的发展趋势主要表现在以下几个方面:

（1）电主轴的功率和转速是受电主轴体积及轴承限制的,在保证电主轴高转速的前提下, 加大主轴直径, 提高其刚性,从而向高速度和高刚度方向发展。

（2）现代数控机床需要同时能够满足低速粗加工时的重切削、高速切削时精加工的要求, 因此机床电主轴应该向低速大转矩和高速大功率的性能方向发展。

（3）感应电机的工作原理决定其运行效率的提高是有限的,故选用转动惯量小, 转矩密度高, 控制精度高的永磁电机代替感应电动机也将是电主轴发展的一个重要方向。

（4）柔性主轴及其轴承弹性支承技术的研究进一步进行，油气润滑方式和成本更低的非接触式轴承技术也将是电主轴发展研究的方向。

7参考文献

[1]许晓畅.超高速切削与现代机床结构.机械科学与技术，1998, 27(1):1～8.

[2]郭力.高速主轴单元制造技术.国家科委先进制造技术发展规划，1997.

[3]魏志强等.高速加工机床及其关键技术.制造技术与机床，1998,(1):5～7.

[4]梁波,查志,杨进周.主轴轴承结构及其高速性能.轴承, 1997(9):2～7

[5]张丹,陈闽杰,伍先俊,李志明.电主轴在数控机床中的发展及其应用方向[J] .

中国水运(学术版),2006 6(8).