电主轴开题报告

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1、学号：1120110541大连海事大学硕士研究生学位论文开题报告研究生院制发个人基本情况姓名黄鑫学号1120110541培养层次□博士□硕士学科（专业）机械电子工程导师马文琦培养类别□脱产□在职学生类别□公费□自费□委培入学年月2011年9月1日身份证号37061219870722201研究方向气动元件及系统理论与应用技术论文题目高速电主轴结构设计及性能分析课程学习情况已修学分待修学分总学分24学位课非学位课学位课非学位课18600开题申请书一、课题意义及国内外研究现状综述1.课题意义高速加工技术越来越受到人们的

2、关注,它不仅可获得更大的生产率,而且还可获得很高的加工质量,并可降低生产成本,因而被认为是21世纪最有发展前途的先进制造技术之一。在先进工业国家,此项技术已广泛应用于航空、航天及模具行业。在近五年中,我国的该项技术也取得了长足的进步。高速机床是实现高速切削的前提条件,机床的高速化是目前机床的发展趋势。实现高速化的关键部件是主轴单元,而采用高速电主轴技术是实现主轴高速化的一个重要途径。空气静压轴承可实现轴颈与轴承衬套的无直接接触,轴承发热量少,旋转精度高,非常适合在高速电主轴上应用。图1PCB加工电主轴电主轴是最近

3、几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，它与直线电机技术，高速刀具技术一起，将会把高速加工推向一个新时代。电主轴就是直接将空心的电动机转子装在主轴上，定子通过冷却套固定在主轴箱体孔内，形成一个完整的主轴单元，通电后转子直接带动主轴运转。电主轴省去了带轮或齿轮传动，实现了机床的“零传动”，提高了传动效率。电主轴是一套组件，它包括电主轴本身及其附件：电主轴、高频变频装置、冷却装置、内置编码器、换刀装置。高速电主轴主要包括：壳体、轴承、定子、转子、润滑和冷却系统。电主轴的结构示意图如图2所示。图2

4、电主轴结构示意图电主轴所融合的技术：(1)高速轴承技术：电主轴通常采用复合陶瓷轴承，耐磨耐热，寿命是传统轴承的几倍；有时也采用电磁悬浮轴承，或静压轴承，内外圈不接触，理论上寿命无限长。(2)高速电机技术：电主轴是电机与主轴融合在一起的产物，电机的转子即为主轴的旋转部分，理论上可以把电主轴看作一台高速电机，其关键技术是高速度下的动平衡。图3同步内置电机和异步内置电机(3)润滑：电主轴的润滑一般采用定时定量油气润滑；也可以采用脂润滑，但相应的速度要打折扣。所谓定时，就是每隔一定的时间间隔注一次油，所谓定量，就是通过一

5、个叫做定量阀的器件，精确地控制每次润滑油的注油量。而油气润滑，指的是润滑油在压缩空气的携带下，被吹入陶瓷轴承。油量控制很重要，太少，起不到润滑作用；太多，在轴承高速旋转时会因油的阻力而发热。(4)冷却装置：为了尽快给高速运行的电主轴散热，通常对电主轴的外壁通以循环冷却剂，冷却装置的作用是保持冷却剂的温度。内置脉冲编码器：为了实现自动换刀以及刚性攻丝，电主轴内置一脉冲编码器，以实现准确的相位控制以及与进给的配合。(5)自动换刀装置：为了适用于加工中心，电主轴配备了能进行自动换刀的装置，包括碟形簧、拉刀油缸。(6)高

6、速刀具的装卡方式：广为熟悉的BT、ISO刀具，已被实践证明不适合于高速加工。这种情况下出现了HSK、SKI等高速刀柄。图4BT刀柄和HSK刀柄(7)高频变频装置：要实现电主轴每分钟几万甚至十几万转的转速，必须用高频变频装置来驱动电主轴的内置高速电机，变频器的输出频率甚至需要达到几千Hz。高速电主轴对现代数控机床发展和金属切削技术具有重大的影响：(1)促进高速切削技术与机床的发展。电主轴系由内装式电机直接驱动，更容易满足高速切削对机床“高速度、高精度、高可靠性及小振动”的要求，与机床高速进给系统、高速刀具系统一起组

7、成高速切削所需的必备条件。电主轴技术与电机变频、闭环矢量控制、交流伺服控制等技术相结合，可满足车削、铣削、刨削、钻削、磨削等金属切削加工的需要。(2)简化结构，促进机床结构模块化。电主轴根据用途、结构、性能参数等特征形成标准化、系列化产品，供主机选用，从而促进机床结构模块化。(3)降低机床成本，缩短机床研制周期。一方面，标准化、系列化的电主轴产品易于形成专业化、规模化生产，实现功能部件的低成本制造;另一方面，采用电主轴后，机床结构的简单化和模块化，有利于降低机床成本。此外，还可缩短机床研制周期，适应目前快速多变的

8、市场趋势。(4)改善机床性能，提高可靠性。采用电主轴结构的数控机床，由于结构简化，传动、连接环节减少，因此提高了机床的可靠性;技术成熟、功能完善、性能优良、质量可靠的电主轴功能部件使机床的性能更加完善，可靠性进一步提高。(5)实现某些高档数控机床的特殊要求。有些高档数控机床，如并联运动机床、五面体加工中心、小孔和超小孔加工机床等，必须采用电主轴，才能满足完善的功能要求。2