畢業(yè)設(shè)計(jì)63西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院電主軸的研究與維修設(shè)計(jì)

西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 論文題目： 電主軸的研究與維修設(shè)計(jì) 所屬系部： 航空制造工程系 指導(dǎo)老師： 吳萬(wàn)牢 職稱： 工程師 學(xué)生姓名： 付文娟 班級(jí)、學(xué)號(hào) :051034-13 專 業(yè)： 數(shù)控技術(shù) 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院制 2008 年 2 月 20 日 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 題目： 電主軸的研究與維修設(shè)計(jì) 任務(wù)與要求： 1. 電主軸的發(fā)展與應(yīng)用要求 2 確定電主軸研究的目的和意義 3 確定電主軸的組成與結(jié)構(gòu)以及它的系統(tǒng) 4 電主軸技術(shù)水平的分析 5 電主軸常見(jiàn)故障分析及維修 6. 電主軸關(guān)鍵技術(shù)的研究 時(shí)間： 2008 年 2 月 20 日至 2008 年 4 月 1 日 共 6 周 所屬系部： 航空制造工程系 學(xué)生姓名： 付文娟 學(xué) 號(hào)： 051034-13 專業(yè)： 數(shù)控技術(shù) 指導(dǎo)單位或教研室： 數(shù)控技術(shù)教研室 指導(dǎo)教師： 吳萬(wàn)牢 職 稱： 工程師 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院制 2008 年 2 月 20 日 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 3 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )進(jìn)度計(jì)劃表 日 期 工 作 內(nèi) 容 執(zhí) 行 情 況 指導(dǎo)教師 簽 字 2008 年 2月 20日 -2月 25 日 分析題目 并查詢相關(guān)資料 搜集到相關(guān)資料 吳萬(wàn)牢 2008 年 2月 26日 -2月 28 日 確定 設(shè)計(jì)方案并起草方案 完成設(shè)計(jì)的草案 吳萬(wàn)牢 2008 年 3月 1 日 -3月 4 日 電主軸的發(fā)展及其應(yīng)用 完成工作內(nèi)容 吳萬(wàn)牢 2008 年 3月 5 日 -3月 9 日 確定 電主軸結(jié)構(gòu)及其系統(tǒng)組成 完成 工作內(nèi)容 吳萬(wàn)牢 2008 年 3月 10日 -3月 16 日 電主軸技術(shù)水平及其故障分析與維修 設(shè)計(jì)完成 吳萬(wàn)牢 2008 年 3月 17日 -3月 22 日 電主軸關(guān)鍵技術(shù)的研究 完成工作內(nèi)容 吳萬(wàn)牢 2008 年 3月 23日 -4月 1 日 編寫說(shuō)明書、繪圖 及做最后的檢查 完成工作內(nèi)容 吳萬(wàn)牢 教師對(duì)進(jìn)度計(jì)劃實(shí)施情況總評(píng) 該設(shè)計(jì)立題妥當(dāng)，具有一定的理論價(jià)值和實(shí)踐意義；文章主要觀點(diǎn)描述及評(píng)價(jià)正確，論述清楚；對(duì)本專業(yè)的知識(shí)、能力有所應(yīng)用；水平是符合畢業(yè)論文的要求；文章結(jié)構(gòu)合理，條理清晰，邏輯恰當(dāng)。 簽名 ： 吳萬(wàn)牢 2008 年 3 月 31 日 簽名 年 月 日 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 【 摘 要 】 目前，高速加工技術(shù)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。但高速電主軸設(shè)計(jì)的資料還是相當(dāng)缺少的 。根據(jù)課題的需要及相關(guān)專業(yè)迅猛發(fā)長(zhǎng)的大好形勢(shì)，通過(guò) PLC 變頻使設(shè)備運(yùn)行到額定轉(zhuǎn)速；通 過(guò)雙水外冷系統(tǒng)，較好地解決了發(fā)熱厲害，溫度太高的問(wèn)題；通過(guò) DCS，使現(xiàn)代化生產(chǎn)進(jìn)一步提高。高速加工技術(shù)它 不僅可獲得更大的生產(chǎn)率，而且還可獲得很高的加工質(zhì)量，并可降低生產(chǎn)成本，因而被認(rèn)為是21 世紀(jì)最有發(fā)展前途的先進(jìn)制造技術(shù)之一。在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家，此項(xiàng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空、航天及模具行業(yè)。在近五年中，我國(guó)的該項(xiàng)技術(shù)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。 本文根據(jù)高速電主軸在修理過(guò)程中，分析各元件和零件的應(yīng)用及原理，理解修理過(guò)程中方法和技巧。 研究高速電主軸的發(fā)展和趨勢(shì)。首先介紹了電主軸的發(fā)展及其特性；其介紹了 內(nèi)部的結(jié)構(gòu)并對(duì)其技術(shù)水 平進(jìn)行了分析。第三，對(duì)其常見(jiàn)故障進(jìn)行了分析研究，列舉了一些常見(jiàn)的故障問(wèn)題。最后，對(duì)電主軸有了進(jìn)一步的研究。 關(guān)鍵字： 電主軸；變頻調(diào)速；雙水外冷；分布式控制系統(tǒng)； 角接觸球軸承 ； 預(yù)知維修 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 Abstract At present, the high speed processing technology receives more and more peoples attention. But the information for design of high-speed motorized spindle is little. Based on being in need of the practice project and the great situation for rapidly developed related major, enabling devices to running on rating rotate speed is attained through PLC variable frequency speed regulation， the problem on great heating and high temperature is solved perfectly through double water outer cooling technology. And modern manufacture efficiency is improved though DCS. The high speed processing technology， not only it may obtain a greater productivity, moreover also may obtain the very high processing quality, and may reduce the production cost, thus was considered is the 21st century most has one of development future advanced techniques of manufacture. In the advanced industrial nation, this technology has widely applied in the aviation, astronautics and the mold profession. In the near five years, our countries this technology has also made the considerable progress. This article according to the high speed electricity main axle in the repair process, analyzes various parts and the components application and the principle, in the understanding repair process the method and the skill. Studies the high speed electricity main axle the development and the tendency. First introduced the electricity main axle development and the characteristic; Next Shoat its internal structure and has carried on the analysis to its technical level. Third, has conducted the analysis research to its common breakdown, has enumerated some common breakdown question. Finally, had the further research to the electricity main axle. Key words: motorized spindle; variable frequency speed regulation; double water outer cooling distributed control system； Angle contact ball bearing ； Foreknowledge service 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 目 錄 1 概述 7 1.1 電主軸的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 7 1.2 電主軸的成功應(yīng)用領(lǐng)域 8 1.2.1 在高速加工機(jī)床上的應(yīng)用 8 1.2.2 半導(dǎo)體硅片的切割和磨削 8 1.2.3 印刷電路板微小孔的鉆孔 10 1.2.4 汽車零件內(nèi)孔磨削 10 1.2.5 滾珠軸承外環(huán)內(nèi)滾道磨削 10 1.2.6 陶瓷零件和 光學(xué)玻璃等脆硬零件的加工 10 1.2.7 內(nèi)燃機(jī)噴油嘴內(nèi)孔磨削 10 1.2.8 用作精密雕銑的雕刻機(jī)主軸頭 10 1.2.9 作為高速精密磨具還用于磨削軸承環(huán)的內(nèi)孔，彈簧夾頭的 內(nèi)孔及模具導(dǎo)套的內(nèi)孔等 10 1.3 電主軸所融合的技術(shù) 10 1.3.1 高速軸承技術(shù) 11 1.3.2 高速電機(jī)技術(shù) 11 1.3.3 潤(rùn)滑技術(shù) 11 1.3.4 冷卻裝置 11 1.3.5 內(nèi)置脈沖編碼器 11 1.3.6 自動(dòng)換刀裝置 11 1.3.7 高速刀具的裝卡方式 12 1.3.8 高頻變頻裝置 12 1.4 電主軸研究的意義與目的 12 1.4.1 電主軸研究的意義 12 1.4.2 電主軸研究的目的 13 2 電主軸的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組成 14 2.1 電主軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 14 2.2 電主軸的系統(tǒng) 15 2.2.1 電主軸的系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 15 2.2.2 電主軸的電機(jī)選擇 16 3 電主軸的關(guān)鍵技術(shù) 18 3.1 電主軸軸承的選擇及其預(yù)緊技術(shù) 18 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 3.2 合理潤(rùn)滑技術(shù) 19 3.3 軸上零件的連接技術(shù) 20 3.4 電主軸的動(dòng)平衡技術(shù) 21 4 電主軸的關(guān)鍵技術(shù)研究 21 4.1 電主軸的熱穩(wěn)定性分析 22 4.2 電主軸的基本參數(shù)與結(jié) 構(gòu)布局 23 4.2.1 電主軸的主要參數(shù) 23 4.2.2 電主軸的結(jié)構(gòu)布局 23 4.3 電主軸的主要熱源及其解決辦法 24 4.4 電主軸的熱源分析及其冷卻 26 5 電主軸的設(shè)計(jì) 27 5.1 高速電主軸軸端的設(shè)計(jì) 27 5.2 高速電主軸支撐方式的設(shè)計(jì) 27 5.3 電主軸的動(dòng)平衡設(shè)計(jì) 28 6 電主軸常見(jiàn)的故障 29 6.1 電主軸常見(jiàn)故障類型 29 6.2 電主軸高速旋轉(zhuǎn)發(fā)熱的故障維修 29 6.2.1 故障現(xiàn)象 29 6.2.2 故障分析及處理過(guò)程 30 6.3 電主軸常見(jiàn)的主軸故障 30 6.3.1 引起主軸故障的原因 30 6.3.2 檢查或排除主軸故障的方法 31 結(jié)束語(yǔ) 32 謝詞 33 參考文獻(xiàn) 34 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 1 概述 高速加工技術(shù)越來(lái)越受到人們的關(guān)注，它不僅可獲得更大的生產(chǎn)率，而且還可獲得很高的加工質(zhì)量，并可降低生產(chǎn)成本，因而被認(rèn)為是 21 世紀(jì)最有發(fā)展前途的先進(jìn)制造技術(shù)之一。在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家，此項(xiàng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空、航天及模具行業(yè)。在近五年中，我國(guó)的該項(xiàng)技術(shù)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。 電主軸是最近幾年在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù)電主軸是最近幾年在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù)，它與直線電機(jī)技術(shù)、高速刀具技術(shù)一起，將會(huì)把高速加工推向一個(gè)新時(shí)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(rùn)滑器、冷卻裝置、內(nèi)置編碼器、換刀裝置 。 1.1 電主軸的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 以往電主軸主要 用于軸承行業(yè)的高速內(nèi)圓磨削，隨著數(shù)控技術(shù)和變頻技術(shù)的發(fā)展，電主軸在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。目前我國(guó)各類電主軸年需求量約6000 根，其中數(shù)控機(jī)床用電主軸僅有約 1000 根，而且大部分（約 60%）為進(jìn)口電主軸；磨削用電主軸大約 4000 根，約占電主軸總需求量的 2/3；其余為高速離心機(jī)、高速試驗(yàn)機(jī)等特殊用途電主軸。 然而，數(shù)控機(jī)床的高速發(fā)展，正在改變著以磨用軸為主的電主軸市場(chǎng)。根據(jù)機(jī)床行業(yè)“十 五”發(fā)展規(guī)劃，到 2005 年我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量將從 2000 年的 1.5萬(wàn)臺(tái)增加到 3.5 萬(wàn)臺(tái)（目前預(yù)測(cè)會(huì)超過(guò) 5 萬(wàn)臺(tái)），數(shù)控機(jī) 床使用電主軸的比例也將由 6.7%增加到 40%左右。預(yù)計(jì)到 2005 年，數(shù)控機(jī)床用電主軸將激增到 20000根，約占電主軸總需求量的 2/3，替代磨用電主軸的市場(chǎng)地位，成為電主軸市場(chǎng)的主力軍。與此同時(shí)，數(shù)控機(jī)床主軸所需的高精密軸承的需求量也將急劇增加。按每根數(shù)控機(jī)床主軸平均使用 45 套軸承計(jì)算，考慮到部分雙主軸或多主軸機(jī)床，按平均每臺(tái)機(jī)床配備 1.5 根主軸計(jì)算，到 2005 年數(shù)控機(jī)床用高精密主軸軸承的需求量將增加到 24 萬(wàn)套，加上維修用軸承，總需求量將達(dá)到 48 萬(wàn)套。 二零零三年十二月國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)委托中國(guó)機(jī)床工具 工業(yè)協(xié)會(huì)組織召開(kāi)了“數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵功能部件產(chǎn)品創(chuàng)新發(fā)展座談會(huì)”。會(huì)上，國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)工業(yè)司程竹處長(zhǎng)宣讀了發(fā)改委領(lǐng)導(dǎo)張國(guó)寶、王春正同志關(guān)于發(fā)展數(shù)控機(jī)床及其功能部件的批示。并表明了全力支持?jǐn)?shù)控機(jī)床功能部件創(chuàng)新開(kāi)發(fā)的態(tài)度。機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)根據(jù)國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床之需求，對(duì)到會(huì)的各功能部件生產(chǎn)主導(dǎo)單位提出強(qiáng)化發(fā)展要求：電主軸要求到 2005 年用于數(shù)控機(jī)床的電主軸單元總產(chǎn)量達(dá)到 3000西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 臺(tái)套，到 2010 年達(dá)到 10000 臺(tái)套。此任務(wù)十分艱巨，據(jù)到會(huì)的各主軸開(kāi)發(fā)單位估計(jì)，按目前生產(chǎn)能力發(fā)展速度，到 2005 年我國(guó)最多只能開(kāi)發(fā)出 2000 臺(tái)套電主軸單元。如國(guó)家發(fā)政委動(dòng)用國(guó)債資金強(qiáng)化支持，到 2010 年可能擴(kuò)產(chǎn)到 6000 臺(tái)套，其余缺口尚需通過(guò)進(jìn)口來(lái)解決。因此，數(shù)控機(jī)床用電主軸單元的市場(chǎng)容量巨大，目前所需要的就是如何合理組織人力、物力、財(cái)力，開(kāi)發(fā)出既多又好的功能部件 。 1.2 電主軸的 成功 應(yīng)用 領(lǐng)域 高剛性超精密氣靜壓電主軸，在國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已在眾多高速加工的領(lǐng)域取得成功的應(yīng)用。國(guó)外比較著名的生產(chǎn)氣靜壓電主軸的公司有英國(guó)的 WESTWIND公司、日本的 TOSHIBA MACHINE 公司和 TOSHIBA TUNGACOY 公司、美國(guó)的 POPE公司等。 1.2.1 在高速加工機(jī)床上的應(yīng)用 最近日本東芝機(jī)械公司（ TOSHIBA MACHINE.CO）已生產(chǎn)有主軸頭為高剛性超精密氣靜壓電主軸的高速加工機(jī)床，機(jī)床型號(hào)為 F-MACH 442 和 F-MACH 644兩種，主軸轉(zhuǎn)速為 600030000rpm 軸移動(dòng)量（ XYZ ） 400400200mm 和600400400mm ，工作臺(tái)面積為 600450mm 和 1100450mm ，可用于加工精密模具等。 1.2.2 半導(dǎo)體硅片的切割和磨削 現(xiàn)在半導(dǎo)體硅片直徑已發(fā)展至 8” （ 200mm ），使用氣靜壓電主軸切割硅片 ，由于砂輪偏擺極小，所以切下的硅片厚度差很小。而且也使表面不易燒傷，大大地提高成品率。切割下來(lái)的硅片需要磨平面，使用高剛性超精密氣靜壓電主軸安裝在平面磨床上加工，能獲得高質(zhì)量的表面，（因?yàn)橹鬏S每轉(zhuǎn)恒剛度，所以磨削又脆又硬的硅片表面不易燒傷而且表面下的材料也不易破裂）。 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 1.2.3 印刷電路板微小孔的鉆孔 英國(guó) WESTWIND 公司、日本 TOSHIBA MACHINE 公司和 TOSHIBA TUNGALOY 公司均有生產(chǎn)轉(zhuǎn)速為 120000rpm 的超高速氣靜壓電主軸，英國(guó) AIR BEARING 公司也生產(chǎn)有 125000rpm 的同類型產(chǎn)品，用于 0.5mm 以下的印刷電路板和難加工材料微小孔的鉆孔，最小鉆孔直徑為 0.1mm 。 1.2.4 汽車零件內(nèi)孔磨削 1.2.5 滾珠軸承外環(huán)內(nèi)滾道磨削 滾珠軸承外環(huán)內(nèi)滾道的偏擺公差要求很高，在磨削過(guò)程中要求砂輪不產(chǎn)生軸向偏擺，氣靜壓電主軸由于結(jié)構(gòu)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)（如前所述），能順利地達(dá)到加工要求，得到了成功的應(yīng)用。 1.2.6 陶瓷零件和光學(xué)玻璃等脆硬零件的加工 1.2.7 內(nèi)燃機(jī)噴油嘴內(nèi)孔磨削 1.2.8 用作精密雕銑的雕刻機(jī)主軸頭 1.2.9 作為高速精密磨具還用于磨削軸承環(huán)的內(nèi)孔，彈簧夾頭的內(nèi)孔及模具導(dǎo)套的內(nèi)孔等 由 以 上可以看到，氣靜壓電主軸在國(guó)外已經(jīng)在眾多生產(chǎn)大行業(yè)中成功應(yīng)用。如半導(dǎo)體、軸承、模具、噴油咀、汽車、印刷電路板、雕刻機(jī)、陶瓷零件加工、光學(xué)玻璃加工等大行業(yè)中。我國(guó)在應(yīng)用方面存在很大差距，潛在的市場(chǎng)很大。 1.3 電主軸所融合的技術(shù) 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 1.3.1 高速軸承技術(shù) 電主軸通常采用復(fù)合陶瓷軸承，耐磨耐熱，壽命是傳統(tǒng)軸承的幾倍；有時(shí)也采用電磁懸浮軸承或靜壓軸承，內(nèi)外圈不接觸，理論上壽命無(wú)限 。 1.3.2 高速電機(jī)技術(shù) 電主軸是電動(dòng)機(jī)與主軸融合在一起的產(chǎn)物，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子即為主軸的旋轉(zhuǎn)部分，理論上可 以把電主軸看作一臺(tái)高速電動(dòng)機(jī)。關(guān)鍵技術(shù)是高速度下的動(dòng)平衡 。 1.3.3 潤(rùn)滑 技術(shù) 電主軸的潤(rùn)滑一般采用定時(shí)定量油氣潤(rùn)滑；也可以采用脂潤(rùn)滑，但相應(yīng)的速度要打折扣。所謂定時(shí)，就是每隔一定的時(shí)間間隔注一次油。所謂定量，就是通過(guò)一個(gè)叫定量閥的器件，精確地控制每次潤(rùn)滑油的油量。而油氣潤(rùn)滑，指的是潤(rùn)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(rùn)滑作用；太多，在軸承高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)因油的阻力而發(fā)熱。 1.3.4 冷卻裝置 為了盡快給高速運(yùn)行的電主軸散熱，通常對(duì)電主軸的外壁通以循環(huán)冷卻劑，冷卻裝置的作 用是保持冷卻劑的溫度。 1.3.5 內(nèi)置脈沖編碼器 為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀以及剛性攻螺紋，電主軸內(nèi)置一脈沖編碼器，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的相角控制以及與進(jìn)給的配合。 1.3.6 自動(dòng)換刀裝置 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 為了應(yīng) 用于加工中心，電主軸配備了自動(dòng)換刀裝置，包括碟形簧、拉刀油缸等 。 1.3.7 高速刀具的裝卡方式 廣為熟悉的 BT、 ISO 刀具，已被實(shí)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。 1.3.8 高頻變頻裝置 要實(shí)現(xiàn)電主軸每分鐘幾萬(wàn)甚至十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，必須用一高頻變頻裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)電主軸的內(nèi)置高速電動(dòng)機(jī)，變頻器的 輸出頻率必須達(dá)到上千或幾千赫茲。 下圖 1-1 為電主軸的內(nèi)部示意圖 圖 1-1 電主軸的內(nèi)部示意圖 1.4 電主軸研究的意義與目的 1.4.1 電主軸研究的意義 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 如何提高電主軸國(guó)產(chǎn)化水平 ， 專家指出，要加快電主軸國(guó)產(chǎn)化步伐，必須重視以下幾個(gè)方面的工作： （ 1） 加強(qiáng)電主軸關(guān)鍵技術(shù)研究，提高自主創(chuàng)新能力。如加強(qiáng)高速、高剛度軸承研究、軸承潤(rùn)滑冷卻方式研究、新一代驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研究、新材料新結(jié)構(gòu)的電機(jī)技術(shù)研究。 （ 2） 加快電主軸 的標(biāo)準(zhǔn)化工作。過(guò)去國(guó)產(chǎn)電主軸沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各廠家自行確定電主軸外形尺寸，造成無(wú)法互換和用戶難以選型。目前洛陽(yáng)軸研科技公司承擔(dān)制訂的國(guó)內(nèi)第一個(gè)數(shù)控機(jī)床電主軸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已進(jìn)入報(bào)批階段。 （ 3） 政府要加大對(duì)電主軸等功能部件的扶持力度。如加大科技投入，加大技改資金支持，加大鼓勵(lì)電主軸國(guó)產(chǎn)化的政策支持，享受數(shù)控機(jī)床主機(jī)的稅收優(yōu)惠等。 （ 4） 企業(yè)要提高電主軸生產(chǎn)的裝備水平，確保產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。 （ 5） 加強(qiáng)宣傳與溝通，提高用戶的信任感。一些用戶、主機(jī)廠由于對(duì)國(guó)產(chǎn)電主軸質(zhì)量和可靠性不信任，指名選配國(guó)外產(chǎn)品， 使國(guó)產(chǎn)電主軸難以批量生產(chǎn)，制約了電主軸產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。 （ 6） 鼓勵(lì)支持以專業(yè)廠家生產(chǎn)的高質(zhì)量的電主軸取代各機(jī)床廠家自己生產(chǎn)的傳統(tǒng)主軸。功能部件的發(fā)展和其專業(yè)化生產(chǎn)不僅有利于縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和制造周期 ，其 功能部件已占據(jù)數(shù)控機(jī)床成本相當(dāng)大的比例，它的產(chǎn)業(yè)化也有助增強(qiáng)數(shù)控機(jī)床的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。作為關(guān)鍵部件的主軸單元應(yīng)進(jìn)行系列化、工程化設(shè)計(jì)與制造，不斷提高主軸的轉(zhuǎn)速等性能指標(biāo)，使主軸單元成為一個(gè)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，可供用戶使用選擇，能批量生產(chǎn)、穩(wěn)定供貨的優(yōu)質(zhì)部件。 1.4.2 電主軸研究的目的 電主軸研究的目的只要是 提高加 工效率、降低加工成本、改善加工質(zhì)量，是加工行業(yè)永恒不變的追求！提高主軸的轉(zhuǎn)速則是提高加工效率最直接的方法。然而，提高主軸轉(zhuǎn)速則會(huì)使主軸的升溫明顯，進(jìn)而影響到主軸和整個(gè)機(jī)床的壽命。而且提高主軸轉(zhuǎn)速又會(huì)降低主軸的精度，從而影響加工質(zhì)量！因此，目前我國(guó)很多加工設(shè)備的轉(zhuǎn)速還只有 8000rpm 以下 。 電主軸 的問(wèn)世很好地解決了上述矛盾。電主軸能夠在很好地控制主軸電機(jī)溫度的前提下提升轉(zhuǎn)速，而且很好地保證加工精度。目前電主軸的轉(zhuǎn)速能夠達(dá)到 200000rpm，甚至更高，功率可以達(dá)到 70kw。在進(jìn)口的加工設(shè)備以及我國(guó)一些高檔機(jī)床 上都運(yùn)用了電主軸。特別是在一些轉(zhuǎn)速西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 比較高的加工中心、雕刻機(jī)、數(shù)控銑床等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。可以說(shuō)，電主軸是未來(lái)加工行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)！ 2 電主軸的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組成 2.1 電主軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 氣靜壓電主軸是采用空氣靜壓軸承作主軸的支承，采用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸，變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)子安裝在主軸上（因此稱作電主軸），電機(jī)的定子安裝在殼體內(nèi)?？諝廨S承采用 “ 全支承 ” 結(jié)構(gòu)與國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比，能成倍地提高軸系的承載和剛度。 電主軸單元典型的結(jié)構(gòu)布局方式是電機(jī)置于主軸前、后軸承之間 ， 其優(yōu)點(diǎn)是主軸單元的軸向尺寸較短，主軸剛度大，功率大，較 適合于大、中型高速數(shù)控機(jī)床；其不足是在封閉的主軸箱體內(nèi)電機(jī)的自然散熱條件差，溫升比較高。 主軸的變速由主軸驅(qū)動(dòng)模塊控制，而主軸單元裝置限制。在主軸后端裝有測(cè)速測(cè)角位移傳感器，前端的內(nèi)錐孔和端面用于安裝刀具。 下圖 2-1 為 電主軸單元典型的結(jié)構(gòu)布局 圖 2-1 電主軸單元典型的結(jié)構(gòu)布局 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 下圖 2-2 為電主軸結(jié)構(gòu)示意圖 圖 2-2 電主軸結(jié)構(gòu) 2.2 電主軸的系統(tǒng) 2.2.1 電主軸的系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 電主軸的系統(tǒng) 由內(nèi)裝式電主軸單元、驅(qū)動(dòng)控制器、編碼器、通訊電纜、直流母線制動(dòng)器組合成的，用以將電 網(wǎng)電能變?yōu)殡娭鬏S單元的機(jī)械能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)電主軸準(zhǔn)停。準(zhǔn)速、準(zhǔn)位的系統(tǒng)稱之為電主軸系統(tǒng)。 常見(jiàn)的數(shù)控機(jī)床用電主軸系統(tǒng)的配置可由下圖 2-3 簡(jiǎn)式來(lái)表述 圖 2-3 電主軸系統(tǒng)的配置 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 大型數(shù)控銑 (含并聯(lián)機(jī)構(gòu)數(shù)控銑 )、小型數(shù)控車 (無(wú)軸定位 )電主軸單元 +開(kāi)環(huán)式驅(qū)動(dòng)控制器 +直流母線能耗制動(dòng)器。 電主軸系統(tǒng)品質(zhì)的優(yōu)劣是大型數(shù)控銑、加工中心、數(shù)控車品質(zhì)優(yōu)劣的關(guān)鍵之一。對(duì)閉環(huán)式配置的電主軸系統(tǒng)而言尤為重要。目前我國(guó)已能自行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)各類高速電主軸。但閉環(huán)式驅(qū)動(dòng)控制器及高水平的編碼器尚不過(guò)關(guān)。選用優(yōu)質(zhì)的進(jìn)口編碼器和驅(qū)動(dòng)控 制器來(lái)匹配我國(guó)自行開(kāi)發(fā)的電主軸單元，從而組成電主軸系統(tǒng)，以供應(yīng)國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床之急需，從而降低主機(jī)成本，提高主機(jī)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力是一條可行之路。 2003 年，洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司分別與德國(guó)博世 -力士樂(lè)公司、德國(guó) AMK 公司駐中國(guó)辦事處取得聯(lián)系，并成功地實(shí)現(xiàn)了 Refute(力土樂(lè) )電源 +Subtask 編碼器 +ZYS 10,000r/min 電主軸單元的聯(lián)配。為大面積推廣中西結(jié)合的電主軸系統(tǒng)創(chuàng)出了一條路。 2003 年 7 月洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司與德國(guó)博世 -力士樂(lè) (中國(guó)有限公司 )電子傳動(dòng)與控制事業(yè)部達(dá)成聯(lián)合開(kāi)發(fā) Undreamt-ZYS 電主軸系統(tǒng)品牌的協(xié)議。在協(xié)議的推動(dòng)下首輪Indiaman-ZYS 數(shù)控機(jī)床用電主軸系統(tǒng)型譜已問(wèn)世。由于國(guó)產(chǎn)電主軸單元同類型產(chǎn)品價(jià)格遠(yuǎn)低于進(jìn)口電主軸，故 Indiaman-ZYS 電主軸系統(tǒng)價(jià)格也遠(yuǎn)比進(jìn)口系統(tǒng)低得多，從而為國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展提供了新的選擇。 2.2.2 電主軸的電機(jī)選擇 表 2-1 為 DZ 系列電主軸電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子外形安裝尺寸 系列 定子外形安裝尺寸 裝配氣隙 轉(zhuǎn)子外形安裝尺寸 定子水套外形安裝尺寸 D D1 D2 A1 L/L1 B1 d d1 d2 d3 d4 a D3 D4 D5 D6 D7 A B H G DZX1 181 165 125 55 見(jiàn) 標(biāo) 準(zhǔn) 規(guī) 格 45 0.35 74 74.5 114 115 114.3 15 200 165 182 197 175 60 50 2.5 4 DZX2 120 105 73 45 40 0.30 38.5 - - 67 66.4 - 132 128 121 132 115 50 45 2.5 4 DZX3 250 230 176 75 65 0.50 93 100 156 160 159 16 270 263 251 265 245 80 50 2.5 4 DZC1 290 260 203 90 75 0.55 124 125 185 187 185.9 18 270 260 291 265 285 95 80 8.6 1 DZC2 152 136 108 50 45 0.30 60 61 94 96 95.4 14 164 159 153 162 148 55 50 2.5 4 DZC3 120 106 80 45 40 0.30 45 51 70 71 70.4 12 132 128 121 132 115 50 45 2.5 4 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 17 圖 2-4 轉(zhuǎn)子外形安裝示意圖 圖 2-5 定子外形安裝示意圖 圖 2-5 帶水套定子外形安裝示意圖 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 18 圖 2-6 特 性曲線 3 電主軸的關(guān)鍵技術(shù) 3.1 電主軸軸承的選擇及其預(yù)緊技術(shù) 用在高速主軸單元上的軸承主要有角接觸球軸承、磁懸浮軸承、水基動(dòng)靜壓軸承、空氣動(dòng)靜壓軸承等。磁懸浮軸承由于價(jià)格昂貴，控制系統(tǒng)復(fù)雜，發(fā)熱問(wèn)題難以解決，因而還無(wú)法在高速主軸單元上推廣應(yīng)用。水基靜壓軸承是目前國(guó)內(nèi)較熱門的研究課題之一，它是利用水具有熱容量較大、軸承溫升較小的特點(diǎn)，部分解決了普通動(dòng)、靜壓軸承發(fā)熱嚴(yán)重的問(wèn)題，主要用在低速重載場(chǎng)合?？諝鈩?dòng)靜壓軸承徑向剛度低并有沖擊，但高速性能好，一般用在超高速、輕載、精密主軸上。角接觸球軸承 do 值在 2.0 106 以下的高速主軸單元中應(yīng)用，無(wú)論是速度極限、承載能力、剛度、精度等各方面均能很好地滿足要求并已標(biāo)準(zhǔn)化，價(jià)格低廉，目前 90%的主軸組件采用這種類型 的軸承。 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 19 3.2 合理潤(rùn)滑 技術(shù) 主軸軸承常見(jiàn)的潤(rùn)滑方式有脂潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑、油氣潤(rùn)滑、噴射潤(rùn)滑及環(huán)下潤(rùn)滑等 。 脂潤(rùn)滑不需任何設(shè)備，是低速主軸普遍采用的潤(rùn)滑方式。 do 值在1.0106 以上的主軸，多采用油潤(rùn)滑的方式，其中油霧潤(rùn)滑是將潤(rùn)滑油 (如透平油 )經(jīng)壓力空氣霧化后對(duì)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑的。這種方式實(shí)現(xiàn)容易，設(shè)備簡(jiǎn)單，油霧既有潤(rùn)滑功能，又能起到冷卻軸承的作用，但油霧不易回 收，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，故逐漸被新型的油氣潤(rùn)滑方式所取代。 油氣潤(rùn)滑是將少量的潤(rùn)滑油不經(jīng)霧化而直接由壓縮空氣定時(shí)、定量地沿著專用的油氣管道壁均勻地被帶到軸承的潤(rùn)滑區(qū)。潤(rùn)滑油起潤(rùn)滑的作用，而壓縮空氣起推動(dòng)潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)及冷卻軸承的作用。油氣始終處于分離狀態(tài)，這有利于潤(rùn)滑油的回收，而對(duì)環(huán)境卻沒(méi)有污染。實(shí)施油氣潤(rùn)滑時(shí)，一般要求每個(gè)軸承都有單獨(dú)的油氣噴嘴，對(duì)軸承噴射處的位置有嚴(yán)格的要求，否則不易保證潤(rùn)滑效果，油氣潤(rùn)滑的效果還受壓縮空氣流量和油氣壓力的影響。一般地講，增大空氣流量可以提高冷卻效果，而提高油氣壓力，不 僅可以提高冷卻效果，而且還有助于潤(rùn)滑油到達(dá)潤(rùn)滑區(qū)，因此，提高油氣壓力有助于提高軸承的轉(zhuǎn)速。實(shí)驗(yàn)表明，加大壓力比采用常規(guī)壓力進(jìn)行油氣潤(rùn)滑可使軸承的轉(zhuǎn)速提高 20%。 噴射潤(rùn)滑是直接用高壓潤(rùn)滑油對(duì)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻的，功率消耗較大，成本高，常用在 do 值為 2.5106 以上的超高速主軸上。 環(huán)下潤(rùn)滑是一種改進(jìn)的潤(rùn)滑方式 (見(jiàn)圖 3-1)，分為環(huán)下油潤(rùn)滑和環(huán)下油氣潤(rùn)滑。實(shí)施環(huán)下油或者油氣潤(rùn)滑時(shí)，潤(rùn)滑油或油氣從軸承的內(nèi)圈噴入潤(rùn)滑區(qū)，在離心力的作用下潤(rùn)滑油更易于到達(dá)軸承潤(rùn)滑區(qū)，因而比普通的噴射潤(rùn)滑和油氣潤(rùn)滑 效果好，可進(jìn)一步提高軸承的轉(zhuǎn)速，如普通油氣潤(rùn)滑，角接觸陶瓷球軸承的do 值為 2.0106 左右，采用加大油氣壓力的方法可將 do 值提高到 2.2106 ，而采用環(huán)下油氣潤(rùn)滑則可達(dá)到 2.5106 。 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20 圖 3-1 環(huán)下潤(rùn)滑 3.3 軸上零件的 連接技術(shù) 在超高速電主軸上，由于轉(zhuǎn)速的提高，所以對(duì)軸上零件的動(dòng)平衡要求非常高。軸承的定位元件與主 軸不宜采用螺紋連接，電機(jī)轉(zhuǎn)子與主軸也不宜采用鍵連接，而普遍采用可拆的階梯過(guò)盈連接。這種連接與螺紋連接相比有較明顯的優(yōu)點(diǎn)： 不會(huì)在軸上產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，對(duì)軸的旋轉(zhuǎn)精度沒(méi)有影響； 易保證零件定位端與軸心線的垂直度，軸承預(yù)緊時(shí)不會(huì)使軸承受力不均而影響軸承的壽命； 過(guò)盈套質(zhì)量均勻，主軸動(dòng)平衡易得到保證； 一般用熱套法進(jìn)行安裝，用注入壓力油的方法進(jìn)行拆卸，對(duì)主軸無(wú)損害； 定位可靠，可提高主軸的剛度。確定階梯套基本過(guò)盈量時(shí)，除了根據(jù)所受載荷計(jì)算需要過(guò)盈量外，還需考慮以下因素對(duì)過(guò)盈連接強(qiáng)度的影響： 配合表面的粗糙度； 連接件的工作溫度與裝配溫度之差，以及主軸與過(guò)盈套材料線脹系數(shù)之差； 主軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，過(guò)盈套所受到的離心力會(huì)引起過(guò)盈套內(nèi)孔的擴(kuò)張，導(dǎo)致過(guò)盈量減少，當(dāng)主軸材料和過(guò)盈套的材料泊凇比、彈性模量和密度相差不大時(shí)，過(guò)盈量的修正值與主軸轉(zhuǎn)速的平方成正比，例如，當(dāng)配合處直徑為 66mm，主軸內(nèi)孔為 25mm，過(guò)盈套外徑為 134.2mm，傳遞扭矩為 85Nm，轉(zhuǎn)速為 1000r/min 時(shí)，離心力引起的過(guò)盈量減小值僅為 0.096m；而當(dāng)轉(zhuǎn)速為 18000r/min 時(shí)，該值可達(dá) 31.199m； 重復(fù)裝卸會(huì)引起過(guò)盈量減小； 結(jié)合面形位公 差對(duì)過(guò)盈量的影響等。 階梯過(guò)盈套過(guò)盈量的實(shí)現(xiàn)有兩種方式： 利用公差配合來(lái)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)基本過(guò)盈量的計(jì)算值和配合面的公稱尺寸，查有關(guān)手冊(cè)圖表，得出相應(yīng)的過(guò)盈配合； 利用階梯配合面的公稱尺寸的差值來(lái)實(shí)現(xiàn)，并選用 H4/h4 的過(guò)渡配合，這種方法容易控制和保證配合的實(shí)際過(guò)盈量，適用于高精度的零件配合和進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、系列化生產(chǎn)。 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 21 3.4 電主軸的動(dòng)平衡技術(shù) 由于不平衡質(zhì)量是以主軸的轉(zhuǎn)速二次方影響主軸動(dòng)態(tài)性能的，所以主軸的轉(zhuǎn)速越高，主軸不平衡量引起的動(dòng)態(tài)問(wèn)題越嚴(yán)重。對(duì)于電主軸來(lái)說(shuō)，由于電機(jī)轉(zhuǎn)子直接過(guò)盈固定在主軸上，增加 了主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量，使主軸的極限頻率下降，因此超高速電主軸的動(dòng)平衡精度應(yīng)嚴(yán)格要求，一般應(yīng)達(dá)到 G1 G0.4 級(jí) (G ew， e 為質(zhì)量中心與回轉(zhuǎn)中心之間的位移，即偏心量； w 為角速度 )。對(duì)于這種等級(jí)的動(dòng)平衡要求，采用常規(guī)的方法僅在裝配前對(duì)主軸的每個(gè)零件分別進(jìn)行動(dòng)平衡是不夠的，還需在裝配后進(jìn)行整體精確動(dòng)平衡，甚至還要設(shè)計(jì)專門的自動(dòng)平衡系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)主軸在線動(dòng)平衡，以確保主軸高速平穩(wěn)運(yùn)行。 主軸動(dòng)平衡常用方法有兩種：去重法和增重法。小型主軸和普通電機(jī)常采用去重法。該法是在電機(jī)的轉(zhuǎn)子兩端設(shè)計(jì)有去重盤，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子和其他 零件安裝到主軸上以后進(jìn)行整體動(dòng)平衡時(shí)，根據(jù)要求由自動(dòng)平衡機(jī)在轉(zhuǎn)子的去重盤處切去不平衡量。增重法是近年來(lái)某些主軸電機(jī)制造商為適應(yīng)高速主軸發(fā)展的需要，在開(kāi)發(fā)出商品化的無(wú)框架主軸電機(jī) (Frameless spindle motor)上常采用的方法。電機(jī)轉(zhuǎn)子的兩端設(shè)計(jì)有平衡盤，平衡盤的圓周方向設(shè)計(jì)有均勻分布的螺紋孔，轉(zhuǎn)子安裝到主軸上以后進(jìn)行主軸組件整體動(dòng)平衡時(shí)，不是在平衡盤上去重，而是在螺紋孔內(nèi)擰入螺釘，以螺釘?shù)臄Q入深度和周向位置來(lái)平衡主軸組件的偏心量，如圖 3-2 所示。 圖 3-2 增重法 4 電主軸的關(guān)鍵技術(shù)研究 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 22 4.1 電主軸的熱穩(wěn)定性分析 高速電主軸的熱穩(wěn)定性問(wèn)題是該類主軸需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。由于電主軸將電機(jī)集成于主軸組件的結(jié)構(gòu)中，無(wú)疑在其結(jié)構(gòu)的內(nèi)部增加了一個(gè)熱源。電機(jī)的發(fā)熱主要有定子繞組的銅耗發(fā)熱及轉(zhuǎn)子的鐵損發(fā)熱，其中定子繞組的發(fā)熱占電機(jī)總發(fā)熱量的三分之二以上。另外，電機(jī)轉(zhuǎn)子在主軸殼體內(nèi)的高速攪動(dòng)，使內(nèi)腔中的空氣也會(huì)發(fā)熱，這些熱 源產(chǎn)生的熱量主要通過(guò)主軸殼體和主軸進(jìn)行散熱，所以電機(jī)產(chǎn)生的熱量有相當(dāng)一部分會(huì)通過(guò)主軸傳到軸承上去，因而影響軸承的壽命，并且會(huì)使主軸產(chǎn)生熱伸長(zhǎng)，影響加工精度。 除了電機(jī)的發(fā)熱之外，主軸軸承的發(fā)熱也不容忽視，引起軸承發(fā)熱的因素很多，也很復(fù)雜，主要有滾子與滾道的滾動(dòng)摩擦、高速下所受陀螺力矩產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦、潤(rùn)滑油的粘性摩擦等。上述各種摩擦?xí)S著主軸轉(zhuǎn)速的升高而加劇，發(fā)熱量也隨之增大，溫升增加，軸承的預(yù)緊量增大，這樣反過(guò)來(lái)又加劇了軸承的發(fā)熱，再加上主軸電機(jī)的熱輻射和熱傳導(dǎo)，所以主軸軸承必須合理潤(rùn)滑和冷卻，否 則，無(wú)法保證電主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)。 從以上分析可以看出，為改善電主軸的熱特性，電機(jī)冷卻必不可省。采取的主要措施是在電機(jī)定子與殼體連接處設(shè)計(jì)循環(huán)冷卻水套。水套用熱阻較小的材料制造，套外環(huán)加工有螺旋水槽，電機(jī)工作時(shí)，水槽里通入循環(huán)冷卻水，為加強(qiáng)冷卻效果，冷卻水的入口溫度應(yīng)嚴(yán)格控制，并有一定的壓力和流量。另外，為防止電機(jī)發(fā)熱影響主軸軸承，主軸應(yīng)盡量采用熱阻較大的材料，使電機(jī)轉(zhuǎn)子的發(fā)熱主要通過(guò)氣隙傳給定子，由冷卻水吸收帶走。 圖 4-1 是對(duì)某電主軸在額定功率 38kW、額定轉(zhuǎn)速 800r/min 下達(dá)到熱平衡 時(shí)熱傳導(dǎo)有限元分析的結(jié)果。從圖中可以看出，電主軸的溫度分布是不均勻的，由于定子與主軸殼體間設(shè)計(jì)有冷卻水套，散熱條件較好，溫度較低，電機(jī)轉(zhuǎn)子由于散熱條件差，溫度較高，對(duì)前后軸承有明顯的影響。 圖 4-1 熱傳導(dǎo)有限元分析結(jié)構(gòu) 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 23 4.2 電主軸的基本參數(shù)與結(jié)構(gòu)布局 4.2.1 電主軸的主要參數(shù) (1)主軸最高轉(zhuǎn)速和恒功率轉(zhuǎn)速范圍 。 (2)主軸的額定功率和最大扭矩 。 (3)主軸前軸頸直徑和前后軸承的跨距等。 其中主軸最高轉(zhuǎn)速、前軸頸直徑和額定功率是基本參數(shù)。電主軸通常裝備在高速加工中心上，在設(shè)計(jì)電主軸時(shí)要根據(jù)用戶的工藝要求，采用典型零件統(tǒng)計(jì)分析的方法來(lái)確定這些參數(shù)。機(jī)床廠對(duì)同一尺寸規(guī)格的高速機(jī)床，一般會(huì)分兩大類型，即 “ 高速型 ” 和 “ 高剛度型 ” 分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。前者主要用于航空、航天等工業(yè)加工輕合金、復(fù)合材料和鑄鐵等零件：后者主要用于模具制造、汽車工業(yè)中高強(qiáng)度鋼或耐熱合金等難加工材料和鋼件的高效加工。在設(shè)計(jì)電主軸時(shí)，還要注意選擇有較好扭矩 功率 特性和有足夠?qū)捳{(diào)速范圍的變頻電動(dòng)機(jī)及 其控制模塊。 4.2.2 電主軸的結(jié)構(gòu)布局 根據(jù)主電動(dòng)機(jī)和主軸軸承相對(duì)位置的不同，高速電主軸有兩種布局方式： （ 1） 圖 4-2 所示是 GD-2 型高速電主軸，也是一般電主軸的基本結(jié)構(gòu)形式。其優(yōu)點(diǎn)是主軸單元的軸向尺寸較短，主軸剛度高，出力大，較適用于中、大型高速加工中心，目前大多數(shù)電主軸都采用這種結(jié)構(gòu)形式。 1.編碼盤 2.電主軸殼體 3.冷卻水套 4.電動(dòng)機(jī)定子 5.油氣噴嘴 6.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子 7.階梯過(guò)盈套 8.平衡盤 9.角接觸陶瓷球軸承 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 24 圖 4-2 GD-2 型電主軸 （ 2） 主電動(dòng)機(jī)置于主軸后軸承之后，如圖 4-3 所示，即主軸箱和主電動(dòng)機(jī)作軸向的同軸布置 (有的用聯(lián)軸節(jié) )。這種布局方式有利于減小電主軸前端的徑向尺寸，電動(dòng)機(jī)的散熱條件也較好。但整個(gè)主軸單元的軸向尺寸較大，常用于小型高速數(shù)控機(jī)床，尤其適合于模具型腔的高速精密加工。有關(guān)電主軸前后軸承之跨距及主軸 端部伸出量，應(yīng)按靜剛度和動(dòng)剛度的要求進(jìn)行計(jì)算。 1.液壓缸 2.拉桿 3.主軸軸承 4.碟形彈簧 5.夾頭 6.主軸 7.內(nèi)置電動(dòng)機(jī) 圖 4-3 主電動(dòng)機(jī)位于后軸承之后的電主軸 4.3 電主軸的主要熱源及其解決辦法 用于銑鏜類高速加工中心的電主軸運(yùn)轉(zhuǎn)中的發(fā)熱問(wèn)題始終是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。電主軸的內(nèi)部 有兩個(gè)主要熱源，一是內(nèi)藏式主電動(dòng)機(jī)，另一個(gè)是主軸軸承。 與一般的主軸部件不同，電主軸最突出的問(wèn)題之一是內(nèi)藏式高速主電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱。由于主電動(dòng)機(jī)旁邊就是主軸軸承，電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱會(huì)直接降低軸承的工作精度，如果主電動(dòng)機(jī)的散熱問(wèn)題解決不好，還會(huì)影響機(jī)床工作的可靠性。圖 4-4 所示為西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 25 高速電主軸的外循環(huán)油 % 水冷卻系統(tǒng)。在主電動(dòng)機(jī)定子的外面加一帶螺旋槽的鋁質(zhì)外套，機(jī)床工作時(shí)，冷卻油不