高速电主轴的结构设计与发展.pdf

《高速电主轴的结构设计与发展.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2013年8月韶关学院学报·自然科学Aug.2013第34卷第8期JournalofShaoguanUniversity·NaturalScienceVol.34No.8高速电主轴的结构设计与发展12张静娟，胡滨（1.安阳斯普机械有限公司，河南安阳455000；2.安阳莱工科技有限公司，河南安阳455000）摘要：根据电主轴的结构特点和设计要求，通过分析其结构、电机技术、冷却、润滑等直接影响电主轴性能的各项指标，进行性能的分析和比较，提出了提高电主轴性能的主轴设计方案，为高速电主轴的快速发展提供参考.关键词：电主轴；高速电主轴；结

2、构设计中图分类号：TH133.2文献标识码：A文章编号：1007-5348（2013）08-0026-05高速加工技术越来越受到机械制造领域的关注，为了能提高整体加工效率，降低零件加工成本，获得较高加工精度和加工表面完整性，降低能耗、节省制造资源，有效抑制或减小切削振动，就必须使用超高速数控机床.高速电主轴单元作为高速机床的关键部件，其高转速、高精度、高刚性、低噪音、低温升、结构紧［1］凑、易于平衡、安装方便、传动效率高等优点，使它在超高速切削机床上得到广泛的应用.1高速电主轴概述高速电主轴最早是用于磨削机床加工，逐步发展到加工中

3、心电主轴及其他各行业机床主轴.典型的磨削电主轴的结构如图1所示，传统的主轴一般是通过传动带、齿轮来进行传动驱动，而电主轴的驱动是将异步电机直接装入主轴内部，通过驱动电源直接驱动主轴进行工作，以实现机床主轴系统的零传动，形成“直接传动主轴”.从而减少中间皮带或者齿轮机械传动等环节，实现了机械与电机一体的主轴单元.电主轴不但减少了中间环节存在的打滑、振动和噪音的因素，也加速了主轴在高速领域的快速发展，成为满足高速切削，实现高速加工的最佳方案.1转轴；2前轴承组；3定子部件；4转子部件；5后轴承组；6进-出水孔；7进油孔；8接线座；9出

4、油孔图1电主轴结构简图2高速电主轴的结构设计要求高速电主轴要求具备很高的工作性能，因此对其结构的设计、材质、加工工艺和检验等方面都有非常严格的要求.电主轴设计时，需要确定主轴的总体性能参数、主轴的实际结构（根据轴承形式、配置、驱动方收稿日期：2013-06-11作者简介：张静娟（1982-），女，河南安阳人，安阳斯普机械有限公司助理工程师，主要从事主轴方面的研究.第8期张静娟，等：高速电主轴的结构设计与发展·27·法、润滑、等参数来确定）、主轴轴承的选型确认、轴承的寿命、主轴的刚度、危险速度、轴承游隙（预紧力）、主轴的尺寸（轴径、

5、长度、轴承支距等）和主轴实际安装条件的要求等等因素.2.1电主轴的转轴要求转轴是高速电主轴的主要零件之一，转轴的材料一般是经过轧制或锻造经切削加工的碳素钢或合金钢.它用来安装各种传动零件，使之绕其轴线转动，传递转矩或回转运动，并通过轴承与主轴机架或机座相联接.转轴带动工件或刀具旋转，完成表面成型运动，承受切削和驱动等载荷的作用.因此，对轴有很高的技术要求，在设计时应满足下列几方面的要求：(1)节约材料，减轻重量，在特殊情况下选用合适的具有耐腐蚀性和耐高温性的材料；(2)在结构上要受力合理、尽量避免或减少应力集中现象；(3)提高足够

6、的强度（静强度和疲劳强度）和刚度的结构措施；(4)转轴在高速时的振动稳定性及良好的加工工艺性，保证精度要求；(5)易于各个零件在轴上精确定位、稳固、装配、装拆和调整方便.1转轴；2前轴承组件；3平衡环；4转子部件；5后轴承组件图2转轴结构简图在一般情况下，转轴结构设计成阶梯形，将内装的电机转子部件与转轴联接在一起形成整体部件，如图2所示.该转轴部件最大的优点是前后轴承组件、电机转子部件、平衡环均采用先进的感应加热下套工艺方法进行组装，无键槽的设计工艺方法，不但增加了转轴的刚度，同时，通过平衡环调整转轴整体动平衡量，最大限度地降低了

7、转轴在旋转时由于偏心造成的振动和偏差.2.2电主轴的电动机技术电主轴将机床主轴与电机合二为一，形成内装式主轴驱动系统，是机床的核心关键部件之一，它不但要实现高速、高精度、高刚度等要求，还必须要实现连续工作时输出的较大转矩力和承受较宽领域的恒功率运转范围.尤其是在转速要求较高且加减速操作频繁的领域，如加工中心、铣镗床、磨床、钻床等领域.交流主轴驱动系统根据电机类型分为感应电机电主轴驱动系统、永磁无刷同步电机主轴驱动系统以及开关磁阻电机主轴驱动系统.由于不同的机床要求不同的主轴输出性能（旋转速度、输出功率、动态刚度、［2］振动抑制等）

8、，因此主轴的实际应用于选择需要精密相关.目前主要采用感应电机交流主轴驱动系统，主轴功率设计时，电机需满足条件：（1）切削（实际工作）功率的要求；（2）主轴加减速时间所需功率要小于主轴电机的最大输出功率；(3)主轴频繁启动、制动时，需要计算平均功率，