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1、数控机床电主轴设计的若干问题及探讨•于子良(北京交通大学机械与电子控制工程学院，北京100044；北京二七轨道交通装备有限责任公司，北京100072)播要：两要介绍了教控权床电主轴的结构和优点，分析了电主轴撅动和热量产生的廉因并探讨了解决办法,综迷了现有电主紬支承和润滑吳型,提出了支承和紬承润滑必须满足的要农。关債词：高速加工；毀控机床；电主轴中图分类号:TH133.3文献标识码:A文章编号:1672-545X(2008)05-0148-03自1952年美国研制成功第一台数控机床以来，随着电子技术、计算机技术、自动控制和精密测量等相关技术的发展，数控机床在迅速
2、的发展和不断的更新。到19世纪80年代，数控机床已经经历了5个发展阶段,体积日益缩小、价格逐年下降、可靠性显著提高，性能更加完善。20世纪90年代以来,计算机的飞速发展，使数控机床的发展进入第六阶段卩乜。当前，经济全球化带来的不断激烈的国际市场竞争中，对机械加工的要求越来越高°国际数控机床技术的发展和制造技术的进步，要求现代数控机床应具备高转速、高将度、高效率及高可靠性.以满足飞机制造、航天等行业对铝合金、钛合金材料零件的高速精密加工。同时，国际上对环保要求也在不断提高，必须少用或不用切削液,用干切削的方式来加工零件，达到环保的目的％为满足以上的要求,数控机床
3、电主轴应运而生。它具备相应的高转速和高精度、高速精密和高效率特性,在超高速切削机床上得到了广泛的应用。美国、德国、日本、瑞士、意大利等工业发达国家，都在高速数控机床上广泛采用了电主轴结构％但是，电主轴制造工艺的要求却非常严格,这种结构还带来一系列新的关键技术，诸如内置电动机的散热、高速主轴的动平衡、主轴支承及其润滑方式的合理设计等;它们宜接影响高速运转主轴的稳定性和可靠性及能否实现高效精密加工。本文主要分析了这些问题并对它们的解决方法进行探讨。1电主轴简介已高速电主轴可以简单的总结为“电机+主轴”，也可以说是一台高端的电动机。传统的机床主轴以普通电机通过传动带
4、、齿轮等传动系统驱动，电主轴则将异步电机的转子直接通过过盈配合与机床主轴相连，从而取消了从主电动机到主轴之间一切中间的机械传动环节，实现了主电机与机床主轴的一体化，使机床的主传动系统实现了所谓的“零传动”。图1是电主轴的结构示意图。与有中间传动装置、变速装置(如皮带、齿轮、联轴节等)的传统机床主轴相比,电主轴具有如下特点：(1)主轴由内装式电机直接驱动，省去了中间传动环节，具有结构紧凑、机械效率高、噪声低、振动小和精度高等特点。(2)电主轴可在额定转速范围实现无级调速。(3)可实现精确的主轴定位及C轴传动功能。(4)电主轴更易实现高速化,其动态将度和动态稳定性
5、更好。主轴径跳可达：端部0.004mm,距主轴端部3130mm处0.008mmo(5)由于没有中间传动环节的外力作用，主轴运行更平稳,使主轴轴承的寿命得到延长。在转轴上，转轴可以直接装卡刀具，因而具有结构紧凑、节能高效的特点，一般要配备变频电源使用。1.后轴承2.电动权定子3.电动机箱子4.何轴承5•主轴图1髙速电主紬的组成2电主轴设计的相关问题及探讨2.1电主轴的振动收稿日期：2008-02-18作者简介:于子良(1975-),男，吉林省舒兰市人，就职于北京二七轨道交通装备有限责任公司技改办，现在北京交通大学机械与电子控制工程学院攻读硕士学位,主要从事数控技
6、术的研究。机械振动是指物体在某一中心位置两侧所做的往复运动,简称振动。机床的振动大小对机整加工的精度、工件的表面质量、机床的有效使用寿命等有着不可小视的影响。电主轴的最高转速一般在】0000r/min以上，甚至高达60000~100000r/min,主轴的运转部分微小的不平衡诡,都会引起巨大的离心力，造成机床的振动叫就电主轴本身而言，电主轴的振动分为三种:电主轴的谐振、电磁振荡和机械振动叫不管哪种,都要求电主轴的设计制造必须进行严格的动平衡，具体来说：1)主轴和主轴上的零件都要经过非常将密的加工、装配和调校，主平衡的精度达到0.4级以上。2)电主轴的机构必须严
7、格遵守对称性原则，键连接和螺纹连接在电主轴上是被禁止的，电机转子和机床主轴之间的过盈按所传递的扭矩来计算，有时高达0.0—.10mm.主轴上轴向固定零件用的螺纹套也用与主轴过盈配合的圆盘来代替。1)还必须采用下列两个工艺措施：电主轴转子外径留有加工余量,当转子用热压法装入主轴后,以主轴、后轴径为定位支撑，把主轴装夹在车床上对转子进行最后的精车。另一个保证主轴动平衡的揩施是在电机转子的两个端盖上，对称地加工16-24个直径略有不同的螺纹孔(M4或M6),当电主轴装配完毕后，根据动平衡机的测试结果,在一定的方位上,旋入相应的动平衡螺钉并调节旋入深度，进行动平衡的调
8、节，在完全动平衡后，用环氧树脂将这些螺
