后置式电主轴优点.aspx

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1、万方数据两种电主轴热态特性的比较分析*TherIIlalPropertyConlparisonofTwoTypesofMotorizedSpindle顺德职业技术学院范梦吾广东工业大学张伯霖郭军李志英[摘要]对电机中置式电主轴和电机后置式电主轴分别建立有限元模型，并对这两种电主轴进行了热态特性的比较分析。结果表明，后置式电主轴在温升和热变形方面有着电机中置式电主轴无可比拟的优势。关键词：高速加工电主轴温升热变形有限元[ABsTRAcT]Thebuilt—inmotorizedspindleandbuilt—

2、outmotorizedspindlearemodeledandanalyzedforthermalpropertiesseparately．Thecomparisonoftwotypesofspindlesshowsthatthebuilt—outmotorizedspindlehasgreatadvantagesoVerthebuilt—inmotorizedspindlebothinthetemperatureriseandthermaldefor—mation．Keywords：Highspeedm

3、achiningMotorizedspindleTemperatureriseThermaldeformationFi-niteelement由于高速加工有一系列突出的优点，近10年来世界各工业发达国家都在努力发展高速机床。我国在数控机床的高速化方面也有了明显的进步。国内已有20多家机床厂开始研制主轴转速超过10000r／min的高速数控机床。在CIMT2003上展出的高速加工中心就有30多台，占参展国产加工中心总数的30％。如宁江机床集团公司的NJ一5HMC40型卧式加工中心最高主轴转速达40000r／m

4、in，快速行程达60m／min。但这些国产高速机床的关键部件——高速电主轴，绝大多数是由国外配套的，我国至今还不能够成批生产，这种情况大大制约了高速加工技术在我国的发展。针对市场的迫切需求，我国国家科技部已把开发高速大功率电主轴列为“十五”重点科技攻关项目。高速加工虽然有许多优点，但因机床的高速运行会带来许多特殊问题，对这些问题的解决，就成为实现高速加工的关键。本文论述了高速加工设备的心脏部件——高速电主轴的发热、热变形问题及解决这个问题的新思路。*科技部“十五”重点科技攻关资助项目(2001BA20381

5、5)。1高速主轴单元——电主轴高速主轴单元性能的优劣，在很大程度上决定了机床所能够达到的最高转速和加工范围。高速主轴单元取消了从驱动电机至工作部件之间的一切中间传动环节(皮带、齿轮等)，将电机轴与主轴合二为一，把传动链的长度缩短为零，极大地简化了机床的传动与结构。其结构紧凑，重量轻，惯性小，响应迅速，传动噪声和振动小，显著地提高了机床的动态灵敏度、加工精度和工作可靠性，满足了高速加工的要求。高速大功率电主轴是高速主轴单元的理想结构形式，是近10年来机床设计理论与制造技术的一个重大创新。高速电主轴的典型结构如

6、图1所示。使用的无外壳主轴电机直接安装在主轴箱内，位于主轴前后轴承之间。电机的空心转子用压配合的方法直接装在机床的主轴上，带冷却套的电机定子则安装在主轴单元的壳体中。这样，电机的转子就是机床的主轴，机床主轴单元的壳体就是电机座，从而实现了变频电机与机床主轴的一体化。这种电主轴还有一系列监视主轴振动、轴承温升、回转角度和转速等运行参数的传感器及测试控制系统，是一种智能型功能部件，广泛用于高速加工中心和其他高速数控机床上。主轴轴承常常采用油一气润滑系统进行冷却和润滑，电机则采用油一水热交换系统进行冷却。这种结构

7、的电主轴有结构紧凑、刚度高、扭矩特性好、轴向尺寸短等优点，因而在高速数控机床上已经得到了广泛的应用。壳体电机定子空心转子主轴图1高速电主轴的典型结构Fig．1Typicalstructureofhighspeedmotorizedspindle2004年第7期·航空翻造技术77万方数据2存在的问题实际应用中发现，这种电机中置式电主轴存在以下两个比较突出的问题：(1)主电机置于前后主轴轴承之间，又封闭在主轴箱壳体内，散热条件很差。虽然已采用外循环冷却系统，部分解决了主电机定子的发热问题，但电机是一种高发热元件

8、，尤其是感应式电机，电机运转时其转子上的涡流发热很难通过转子和定子之间的间隙迅速排出。因此会造成主轴部件的温度升高，直接恶化前一后主轴轴承的工作条件，影响电主轴的工作精度。对电机功率为18．5kw、最高转速咒。。。为18000r／min的上述感应式电主轴建立有限元模型，划分网格后进行求解，可得到该主轴在最高转速下达到热平衡时的温度场。由其温度场可知，电主轴在18000r／min的转速下，转子铁芯的温度最高，约为1