電主軸的介紹 090404041009

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1、電主軸的介紹1.概括：高速數(shù)控機床（CNC）是裝備制造業(yè)的技術基礎和發(fā)展方向之一，是裝備制造業(yè)的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。高速數(shù)控機床的工作性能，首先取決于高速主軸的性能。數(shù)控機床高速電主軸單元影響加工系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性及應用范圍，其動力性能及穩(wěn)定性對高速加工起著關鍵的作用。高速主軸單元的類型主要有電主軸、氣動主軸、水動主軸等。不同類型的高速主軸單元輸出功率相差較大。2.電主軸的結構：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(xiàn)電動機與機床主軸的一體化。3.優(yōu)點：電主軸具

2、有結構緊湊、重量輕、慣性小、振動小、噪聲低、響應快等優(yōu)點，而且轉速高、功率大，簡化機床設計，易于實現(xiàn)主軸定位，是高速主軸單元中的一種理想結構。電主軸軸承采用高速軸承技術，耐磨耐熱，壽命是傳統(tǒng)軸承的幾倍。4.電主軸的融合技術：高速軸承技術　　電主軸通常采用動靜壓軸承、復合陶瓷軸承或電磁懸浮軸承?！　屿o壓軸承具有很高的剛度和阻尼，能大幅度提高加工效率、加工質(zhì)量、延長刀具壽命、降低加工成本，這種軸承壽命多半無限長?！　秃咸沾奢S承目前在電主軸單元中應用較多，這種軸承滾動體使用熱壓Si3N4陶瓷球，軸承套

3、圈仍為鋼圈，標準化程度高，對機床結構改動小，易于維護。　　電磁懸浮軸承高速性能好，精度高，容易實現(xiàn)診斷和在線監(jiān)控，但是由于電磁測控系統(tǒng)復雜，這種軸承價格十分昂貴，而且長期居高不下，至今沒有得到廣泛應用。高速電機技術　　電主軸是電動機與主軸融合在一起的產(chǎn)物，電動機的轉子即為主軸的旋轉部分，理論上可以把電主軸看作一臺高速電動機。關鍵技術是高速度下的動平衡；潤滑　　電主軸的潤滑一般采用定時定量油氣潤滑；也可以采用脂潤滑，但相應的速度要打折扣。所謂定時，就是每隔一定的時間間隔注一次油。所謂定量，就是通過一個

4、叫定量閥的器件，精確地控制每次潤滑油的油量。而油氣潤滑，指的是潤滑油在壓縮空氣的攜帶下，被吹入陶瓷軸承。油量控制很重要，太少，起不到潤滑作用；太多，在軸承高速旋轉時會因油的阻力而發(fā)熱。冷卻裝置　　為了盡快給高速運行的電主軸散熱，通常對電主軸的外壁通以循環(huán)，冷卻裝置的作用是保持冷卻劑的溫度。高速刀具的裝卡方式　　廣為熟悉的BT、ISO刀具，已被實踐證明不適合于高速加工。這種情況下出現(xiàn)了HSK、SKI等高速刀具。高頻變頻裝置　　要實現(xiàn)電主軸每分鐘幾萬甚至十幾萬轉的轉速，必須用一高頻變頻裝置來驅(qū)動電主軸的

5、內(nèi)置高速電動機，變頻器的輸出頻率必須達到上千或幾千赫茲。電主軸的運動控制　　在數(shù)控機床中，電主軸通常采用變頻調(diào)速方法。目前主要有普通變頻驅(qū)動和控制、矢量控制驅(qū)動器的驅(qū)動和控制以及直接轉矩控制三種控制方式?！　∑胀ㄗ冾l為標量驅(qū)動和控制，其驅(qū)動控制特性為恒轉矩驅(qū)動，輸出功率和轉速成正比。普通變頻控制的動態(tài)性能不夠理想，在低速時控制性能不佳，輸出功率不夠穩(wěn)定，也不具備C軸功能。但價格便宜、結構簡單，一般用于磨床和普通的高速銑床等?！　∈噶靠刂萍夹g模仿直流電動機的控制，以轉子磁場定向，用矢量變換的

6、方法來實現(xiàn)驅(qū)動和控制，具有良好的動態(tài)性能。矢量控制驅(qū)動器在剛啟動時具有很大的轉矩值，加之電主軸本身結構簡單，慣性很小，故啟動加速度大，可以實現(xiàn)啟動后瞬時達到允許極限速度。這種驅(qū)動器又有開環(huán)和閉環(huán)兩種，后者可以實現(xiàn)位置和速度的反饋，不僅具有更好的動態(tài)性能，還可以實現(xiàn)C軸功能；而前者動態(tài)性能稍差，也不具備C軸功能，但價格較為便宜。直接轉矩控制是繼矢量控制技術之后發(fā)展起來的又一種新型的高性能交流調(diào)速技術，其控制思想新穎，系統(tǒng)結構簡潔明了，更適合于高速電主軸的驅(qū)動，更能滿足高速電主軸高轉速、寬調(diào)速范圍、高速

7、瞬間準停的動態(tài)特性和靜態(tài)特性的要求，已成為交流傳動領域的一個熱點技術。5.電主軸的發(fā)展趨勢：隨著機床技術、高速切削技術的發(fā)展和實際應用的需要，對機床電主軸的性能也提出了越來越高的要求，這些公司生產(chǎn)的電主軸較之國內(nèi)生產(chǎn)的有以下幾個特點:①功率大、轉速高。②采用高速、高剛度軸承。國外高速精密主軸上采用高速、高剛度軸承，主要有陶瓷軸承和液體動靜壓軸承，特殊場合采用空氣潤滑軸承和磁懸浮軸承。③精密加工與精密裝配工藝水平高。④配套控制系統(tǒng)水平高。這些控制系統(tǒng)包括轉子自動平衡系統(tǒng)、軸承油氣潤滑與精密控制系統(tǒng)、定

8、轉子冷卻溫度精密控制系統(tǒng)、主軸變形溫度補償精密控制系統(tǒng)等。并在此基礎之上，這些外國廠家如美國、日本、德國、意大利和瑞士等工業(yè)發(fā)達國家已生產(chǎn)了多種商品化高速機床。如瑞士米克朗公司，就是世界上著名的精密機床制造商。它生產(chǎn)的機床配備最高達60000r/min的高速電主軸ARCHEAN.net版權所有，可以滿足不同的切削要求，所有的電主軸均裝有恒溫冷卻水套對主軸電機和軸承進行冷卻，并通過高壓油霧對復合陶軸承進行潤滑。所有的電主軸均采用矢量控制技術，可以在低轉速時輸出大扭矩。