电主轴用高速角接触陶瓷球轴承

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1、上海大学2011～2012学年秋季学期研究生课程考试小论文课程名称：现代支承理论与技术专题课程编号：09SAS9022（专硕09Z078006）论文题目：电主轴用高速角接触陶瓷球轴承研究生姓名：学号：论文评语：成绩：任课教师：评阅日期：12一、电主轴1.电主轴的结构及特点电主轴（High-speedEletricSpindle）是将主轴和电机集成在一起的部件，主轴是电机的转子，定子装入主轴套体内，这种结构减少了振动，增加了可靠性，可以获得高转速和高的加（减）角速度[3]。其传动结构的最大特点是实现了机床的“零传动”。从机床的主传

2、动系统来看，这种传动方式取消了从主电动机到主轴之间一切中间的机械传动环节（如皮带、齿轮、离合器等），实现了主电机与机床主轴的一体化。电主轴的这种传动方式有以下优点[4]：（1）机械结构简单，传动惯量小，因而快速响应性好，能实现极高的速度、加（减）速度和定角度的快速准停。（2）采用交流变频调速和矢量控制的电气驱动技术输出功率大，调速范围宽，有比较理想的扭矩-功率特性。（3）实现了主轴部件的单元化，可独立做成标准化的功能部件，并由专业厂进行系列化生产。（4）减少了主轴的振动，减小了噪音，提高了主轴的回转精度。2.电主轴国内外发展现状

3、国外电主轴的开发比较早，目前美国、日本、德国和瑞士等工业发达国家已经生产了多种商品化高速机床。机床主轴部件业已经开始专业化生产，且产品已经系列化[5]。例如瑞士生产的HSM700型高速立式加工中心，其主轴最高转速可达42000r/min，最大进给速度40m/min，主轴的驱动功率14kw。日本生产的VZ40型加工中心，主轴的最高转速可达到50000r/min，最大进给速度20m/min，主轴的驱动功率为18.5kw[6]。目前我国已经开发了最高转速到24000r/min的电主轴，已经小批量装备国产机床。国内钻、铣主轴最高转速已达

4、到80000r/min，并且具有自动拉刀机构，可以实现快速换刀功能。我国高速电主轴的设计制造技术刚刚起，目前尚未形成批量生产规模，电主轴的各项性能指标和国外尚有较大的差距。高转速、高精度的数控机床和加工中心所用的电主轴，大部分都是从国外进口的[7]。3.国内外高速电主轴的差距与国外同类产品相比，国产电主轴无论在品种和质量方面，还是在性能方面都有较大的差距：①转速：国外用于加工中心等数控机床的电主轴转速已达75000r/min，国内电主轴多在15000r/min以下；其他类型的电主轴，国外最高转速为300000r/min，我国最高

5、转速则为150000r/min。②输出扭矩：国外电主轴低速段的输出扭矩最大可达300N·m以上，我国则多在100N·m以内。③dmn值：国外电主轴轴承的dmn值一般在100万以上，磁悬浮轴承的dmn值可达400万以上；国内电主轴轴承的dmn值一般不超过100万。④轴承：国外电主轴多采用转速高、刚度大的陶瓷轴承和液体动静压轴承，特殊情况下采用气体轴承和磁悬浮轴承；国内电主轴轴承主要从国外进口，国产轴承以钢质角接触球轴承为主，工作寿命短。⑤12电主轴产品化：国外电主轴已系列化、专业化，国产电主轴处于研发试制、小批量生产阶段，仍主要依

6、赖进口。⑥配套技术：电主轴润滑技术、电机矢量控制、交流伺服控制技术、轴端设计、精确定向等配套技术，国内仍然不够成熟。⑦其他：国产电主轴平均寿命较短，不超过900小时；关键零件的精密加工和装配水平也有较大差距。1.结构原理图1.前轴承2.定子3.冷却水套4.壳体5.出水管6.进气管7.主轴8.转子9.进水管10.后轴承2.基本参数电主轴的型号（套筒直径、最高转速、输出功率等）转速n(p为驱动电动机的极对数2、4、6、8等)输出功率P输出转矩M(最大转矩、额定转矩)Dmn值（反应电动机功率和转速）刚度和精度恒转矩调速主轴在一定转速范

7、围内改变转速时，输出转矩不变的调速方式。一般的磨削用电主轴及小型铣削用电主轴都为恒转矩电主轴。恒功率调速在一定转速范围内改变转速时，输出功率可保持不变的调速方式。一般在起步及低速段采用恒转矩调速，而高速段采用恒功率调速，保证低速时有较大的输出转矩，满足低速大进给的切削要求。3.关键技术：高速轴承技术高速电机技术结构说明及油气润滑冷却装置内置脉冲编码器自动换刀装置12高速刀具的装卡方式高频变频装置一、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。1.磁悬浮轴承优点：

8、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。2.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