数控机床电主轴单元技术

数控机床电主轴单元技术

----吴玉厚姓名：尚曜华学号：13721373目录电主轴概述电主轴工作原理和结构轴承技术润滑、冷却和动平衡技术心得及总结电主轴概述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,MotorSpindle)。电机内置及直接驱动好处：1、带轮或者齿轮传动会在高速下加剧振动，产生噪音，影响加工效果。2、高速加工需要快速准停，直接驱动会较少转动惯量。3、电机内置可提高主轴刚度，提高了系统固有频率。4、运行平稳，延长寿命。5、结构简单紧凑，便于专业化生产。

坏处：不利于散热，需要专业的冷却装置。定义2电主轴的优点转速高功率大结构紧凑惯性小刚度大振动小噪声低响应快CompanyLogo电主轴概述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。4、我国电主轴技术的现状及与国外的差距(1)在电主轴的低速大转矩方面

国外产品低速段的输出转矩可以达到300N·m以上，有的更是高达600多N·m(如德国的CYTEC)，而国内目前则多在100N·m以内。(2)在高速方面

国外用于加工中心电主轴的转速已经达到75000r／min(意大利CAMFIOR)，而我国则多在20000r／min以下。(3)在电主轴的润滑方面

国外高速电主轴轴承已经普遍采用先进的油气润滑技术，而我国则仍然以油脂润滑和油雾润滑为主。(4)在电主轴的支承技术方面

国外已经有动、静压液(气)浮轴承电主轴(瑞士IBAG等)、磁浮轴承电主轴(瑞士IBAG)的成熟商品，在我国则仍然处于科学研究或小批量试制之中(5)在其它与电主轴相关配套技术方面

如电主轴内装电机闭环矢量控制技术、交流伺服技术、停机角向准确定位(准停)技术、C轴传动技术、快速启动与停止技术、HSK刀柄制造与应用技术、主轴智能监控技术等，国内仍然不够成熟，或不能满足实际应用需要电主轴原理与结构1、电主轴由无外壳电机、主轴、轴承、主轴单元壳体、驱动模块和冷却装置等组成。2、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承。电机的定子通过冷却套安装于主轴单元的壳体中。3、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置限制。4、在主轴的后端装有测速、测角位移传感器，前端的内锥孔和端面用于安装刀具。电主轴原理与结构1.1.1轴壳轴壳是高速电主轴的主要部件.轴壳的尺寸精度和位置精度直接影响主轴的综合精度.

通常将轴承座孔直接设计在轴壳上.电主轴为加装电机定子,必须开放一端.大型或特种电主轴,可将轴壳两端均设计成开放型.1.1.2转轴转轴是高速电主轴的主要回转主体.它的制造精度直接影响电主轴的最终精度.必须对转轴进行严格动平衡测试.部分安装在转轴上的零件也应随转轴一起进行动平衡测试.1.1.3轴承高速电主轴的核心支承部件是高速精密轴承.因电主轴的最高转速取决于轴承的大小、布置和润滑方法,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、发热量小的优点1.1.4定子与转子高速电主轴的定子由具有高导磁率的优质矽钢片迭压而成.转子是中频电机的旋转部分,它的功能是将定子的电磁场能量转换成机械能.转子由转子铁芯、鼠笼、转轴三部分组成.电主轴原理与结构1.2工作原理高速电主轴电机的绕组相位互差120°,通以三相交流电后,三相绕组各自形成一个正弦交变磁场,这三个对称的交变磁场互相迭加,合成一个强度不变,磁极朝一定方向恒速旋转的磁场,磁场转速就是电主轴的同步转速.异步电动机的同步转速n由输入电机定子绕组电流的频率f和电机定子的极对数P决定。公式：n=60f/p转速：通过利用变换输入电动机定子绕组的电流的频率和激磁电压来获得各种转速。转向：改变电主轴输入电流的相序,便可改变电主轴的旋转方向.电主轴原理与结构1、高速精密轴承技术2、电主轴的动态性能和热态分析3、高速电机的驱动技术和矢量变频技术4、精密加工和精密装配技术5、润滑和冷却技术6、装夹和自动换刀技术关键技术电主轴原理与结构电主轴型号有代号，安装尺寸和转速代码等组成。含有套筒直径、最高转速和输出功率等参数。转速n=60f/p电主轴一般为异步电动机输出功率用P表示。一般随电源频率和电压而变化输出转矩用M表示，最大转矩表示电主轴的过载能力。额定转矩表示负载能力，最大转矩一般是额定转矩的2倍左右。瞬间最大负载转矩不能找过电主轴的最大转矩，工作转矩稍小于电主轴的额定转矩。转矩和转速、功率的关系恒转矩调速一般用于磨削用电主轴或者小型铣削用电主轴，注重考核高速时候的性能。恒功率调速一般在起步或者低速阶段采用恒转矩调速。在高速时候采用恒功率调速。Dmn值刚度和精度基本参数电主轴原理与结构Dmn值反映了电主轴的功率和转速的重要特征参数。一般如果Dmn小于等于1×可用油脂润滑。Dmn小于等于1×，为高速或高速大功率电主轴，要求采用油气润滑或者油雾润滑。刚度和精度和电主轴的前后轴承的配置方式、主要零件的制造精度、选用滚动轴承的尺寸的大小和精度等级、装配的技艺水平和预加载荷有关。轴承技术轴承技术是超高速主轴系统的一项关键技术。采用较多的轴承形式有1磁悬浮轴承、2动静压轴承3和陶瓷球轴承。磁悬浮轴承优点：机械磨损小‘能耗低、噪音小、寿命长、无需润滑、无油污染。而且磁悬浮轴承还是可控轴承，刚度和阻尼可调。缺点：价格昂贵、控制系统复杂。发热问题不易解决。轴承技术动静压轴承优点：综合了动压轴承和静压轴承的优点的新型多油鍥油膜轴承，既避免了静压轴承告诉下发热严重和供油系统庞大复杂的缺点，与克服了动压轴承启动和静止时可能发