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高速電主軸的特點:它具有高轉速、高精密、噪聲低、低溫升、體積小、安裝方便等特點,是現代數控機床主要的關鍵部件。它與早年應用于內圓磨床的內裝式電機主軸的區(qū)別是采用了變頻調速技術,主軸有較大的驅動功率和轉矩,并有一系列主軸振動、軸承溫升等參數的傳感器及其檢測控制系統。因此電主軸及驅動系統是一種技術含量很高的機電一體化產品,涉及機械、電機、驅動與控制、支承、潤滑、材料熱處理及振動等諸多領域,是一套相對獨立、完整的智能型功能部件。高速運轉的電主軸的主軸形式是將主軸電機的定子、轉子直接裝入主軸組件的內部,即把高速電機置于精密主軸內部,電主軸的電機轉子就是主軸,主軸的殼體就是電機的機座,實現了變頻調速電機和主軸一體,電機直接驅動主軸,形成電主軸。電主軸取消了電機到主軸傳動鏈中的齒輪、皮帶等一切中間環(huán)節(jié),動力源對主軸的直接傳動,傳動鏈長度為零,實現了機床主軸系統的“零傳動”。高速主軸單元主要有高速電主軸,氣動主軸和水動主軸。其中高速電主軸常見,高速電主軸單元是高速加工機場中關鍵的部件之一。目前大多數電主軸結構都是把加工主軸與電機轉軸做成一體,以實現零傳動。同時電機外殼帶有冷卻系統,高速電主軸主要有帶冷卻系統的殼體,定子、轉子、軸承等部分組成,工作時通過改變電流的頻率來實現增減速度。沖孔:人工用樣沖子在軸頸部位按圓周均勻打出小孔,靠小孔的突起部分增加軸頤尺寸。
電主軸是在數控機床領域出現的將機床主軸與主軸電機融為一體的新技術,它與直線電機技術、高速刀具技術一起,把高速加工推向一個新時代。電主軸是一套組件,它包括電主軸本身及其附件:電主軸、高頻變頻裝置、油霧潤滑器、冷卻裝置、內置編碼器、換刀裝置等。電動機的轉子直接作為機床的主軸,主軸單元的殼體就是電動機機座,并且配合其他零部件,實現電動機與機床主軸的一體化。隨著電氣傳動技術(變頻調速技術、電動機矢量控制技術等)的迅速發(fā)展和日趨完善,高速數控機床主傳動系統的機械結構已得到極大的簡化,基本上取消了帶輪傳動和齒輪傳動。機床主軸由內裝式電動機直接驅動,從而把機床主傳動鏈的長度縮短為零,實現了機床的“零傳動”。這種主軸電動機與機床主軸“合二為一”的傳動結構形式,使主軸部件從機床的傳動系統和整體結構中相對獨立出來,因此可做成“主軸單元”,俗稱“電主軸”(ElectricSpindle,Motor Spindle)。由于當前電主軸主要采用的是交流高頻電動機,故也稱為“高頻主軸”。由于沒有中間傳動環(huán)節(jié),有時又稱它為“直接傳動主軸”(Direct Drive Spindle)。軸承潤滑方式的選擇與軸承的轉速、負荷、許用溫升及軸承類型有關,一般根據速度因數dm·n值選擇。
由于電主軸將電機集成于主軸單元中,且轉速很高,運轉時會產生大量熱量,引起電主軸溫升,使電主軸的熱態(tài)特性和動態(tài)特性變差,從而影響電主軸的正常工作。因此,必須采取一定措施控制電主軸的溫度,使其恒定在一定值內。機床目般采取強制循環(huán)油冷卻的方式對電主軸的定子及主軸軸承進行冷卻,即將經過油冷卻裝置的冷卻油強制性地在主軸定子外和主軸軸承外循環(huán),帶走主軸高速旋轉產生的熱量。機床另外,為了減少主軸軸承的發(fā)熱,還必須對主軸軸承進行合理的潤滑。高速電主軸可以簡單的總結為“電機十主軸”,也可以說是一臺電動機。
高速主軸軸承發(fā)展情況:一般多使用剛性和高速性能優(yōu)良的角接觸球軸承,為了適應機床主軸的高速要求。其次使用圓柱滾子軸承脂潤滑條件下dmN值在50×104以下。開發(fā)出油氣潤滑后,與此同時逐步開發(fā)出與之相適應的潤滑系統。從表述主軸軸承高速性能的dmN值(dm為軸承節(jié)圓直徑mm×N為轉速r/min來看。dmN值已達到100×104以上。爾后在軸承方面又開發(fā)出了滾動體為陶瓷的角接觸球軸承,實現了dmN值為200×104×90年代的開發(fā)出噴射潤滑后,dmN值可達到300×104。隨著電氣傳動技術(變頻調速技術、電動機矢量控制技術等)的迅速發(fā)展和日趨完善,高速數控機床主傳動系統的機械結構已得到極大的簡化,基本上取消了帶輪傳動和齒輪傳動。