电主轴设计的一些要点ppt课件.ppt

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1、电主轴石超杰2015.04.03电主轴简介电主轴的关键技术一些电主轴产品电主轴的发展趋势关于电主轴电主轴简介1.1高速主轴1.2电主轴的特点1.3电主轴的发展与现状关于电主轴1.电主轴简介1.电主轴简介（1）主轴由内装式电机直接驱动，省去皮带、齿轮、联轴节等变速和传动装置，具有结构简单紧凑、效率高、噪声低、振动小和精度高的特点。（2）采用交流变频调速技术，输出功率大、调速范围广，有比较理想的转矩-功率特性，一次装夹即可实现粗加工（低速大转矩）又可进行高速精加工。（3）实现了主轴部件的单元化，可由专业厂进行系列化生产，可方便地组成各种性能的高速机床，符合现代机床设计模块化的

2、发展方向。1.2电主轴的特点电主轴取消了从电机到主轴之间一切机械传动的中间环节，如皮带、齿轮、联轴器，实现了主电机与机床主轴的一体化。主要具有以下特点：1.电主轴简介1.3电主轴的发展与现状早在20世纪50年代，就已出现了用于磨削小孔的高频电主轴。当时的变频器采用的是真空电子管，虽然转速高，但传递的功率小，转矩也小。20世纪80年代末90年代初，随着功能电子器件的发、微电子器件和计算机技术的发展，产生了全固态元件的变频器和矢量控制驱动器，加之陶瓷球混合轴承的出现，最终出现了用于铣削、钻削、加工中心及车削等加工的大功率、大转矩、高转速的电主轴。到21世纪初，国内外专业的电主

3、轴制造厂已可供应几百种规格的电主轴。其套筒直径从32mm到320mm、转速从10000rpm到150000rpm、功率从0.5kW到80kW、转矩从0.1Nm到300Nm不等。国际上公认的电主轴领军厂商是瑞士的IBAG公司，提供功率范围从0.1kW到40kW，转速范围从12000rpm到120000rpm，直径范围从30mm到130mm的电主轴产品及相应的定制产品。国内的洛阳轴研科技股份有限公司在电主轴的研发、生产上也有很高的成就，目前已经具备超过200种电主轴的生产能力，其功率从0.4kW到33kW，转速范围从3000rpm到150000rpm。2.电主轴的关键技术2.

4、1高速精密轴承技术2.2动平衡技术2.3润滑技术2.4冷却技术2.5主轴电机技术2.6精密加工和精密装配的技术关于电主轴2.电主轴的关键技术2.1高速精密轴承技术主轴轴承技术是电主轴系统的一项关键技术。目前，国内外高速电主轴多采用角接触球轴承、动静压轴承及磁悬浮轴承等。动静压轴承是一种综合了动压轴承和静压轴承优点的新型多油楔油膜轴承，有很好的高速性能，而且高速范围宽。角接触球轴承是精密数控主轴支承，影响其高速性能的主要原因是高速下作用在滚珠上的离心力和陀螺力矩增大，为了提高轴承的高速性能，常采用减小滚动体直径和改用氮化硅陶瓷材料制造滚珠的方法。磁悬浮轴承造价高、控制系统复

5、杂，发热问题不易解决，因而通常只用于特殊场合。2.电主轴的关键技术氮化硅材料的密度只有钢的41%，在高速运转时可大幅降低滚珠受到的离心力，从而减小滚珠对轴承外圈的压力，利于实现高速性能；氮化硅陶瓷的热膨胀系数只有轴承钢的1/4，许用工作温度达到1000℃，即使在较大温度变化范围内，滚道间隙的变化也很小，特别适用于高速发热转子。陶瓷的弹性模量是轴承钢的1.5倍，硬度是轴承钢的2倍多，相同负荷下，陶瓷球的形变较小，因而可以显著提高轴承的刚度，从而提高转子-轴承系统的动态性能。2.电主轴的关键技术2.1高速精密轴承技术（2）磁悬浮轴承根据悬浮力是否可以主动控制，磁悬浮轴承可划分

6、为两种类型：被动型磁悬浮轴承主要利用磁性材料之间固有的斥力或吸力来实现转轴的悬浮，结构简单，功率损耗少，但阻尼与刚度也相对较小，通常在负载较小，对位移控制精度要求不高的场合采用被动型磁悬浮轴承。主动型磁悬浮轴承主要是通过主动控制定、转子之间的磁场力来实现转轴的稳定悬浮，其工作原理为：控制器根据转轴的位移信号来实时控制定子电磁铁中电流的大小与方向，使转轴稳定悬浮于某一位置。2.电主轴的关键技术2.2动平衡技术高速电主轴具有转速高、运行精度高、加工效率高的特点。转速和精度的提高是以高精度动平衡为前提的，但对于电主轴而言，由于制造、安装误差以及材料不均匀等因素的影响，不平衡现象

7、不可避免。电主轴的最高转速一般在10000rpm以上，有的高达100000rpm，主轴运转部分微小的不平衡都可能导致主轴回转精度的严重丧失乃至轴承支承系统的失稳。因此高速电主轴的动平衡精度应严格要求，一般应达ISO标准G4.0级以上（在最高转速时不平衡引起的振动最大速度不能高于0.4mm/s）。为减少主轴的不平衡，在设计时应尽量采用对称的结构，在加工装配过程中尽量减小误差，并且主轴出厂时会进行初始动平衡调整以减小主轴失衡量。即使如此，在使用过程中由于主轴刀具微小的不对称，以及刀具的磨损或切屑的粘刀仍然会破坏原有的动平衡。另外，