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高速數(shù)控車床廠家詳解高速電主軸的結(jié)構(gòu)組成
閱讀：1039 發(fā)布時間：2016-1-19數(shù)控機床的高速主軸具有高回轉(zhuǎn)速度，但這并無嚴(yán)格的界限。對作為高速切削機床代表的加工中心和數(shù)控銑床而言，一般是指zui高轉(zhuǎn)速≥10000r/min的主軸系統(tǒng)，并相應(yīng)具有高的角加(減)速度，以實現(xiàn)主軸的瞬時升降速與起停。為適應(yīng)制造業(yè)對機床加工精度愈來愈高的要求，高速切削主軸還應(yīng)有較高的回轉(zhuǎn)精度，通常要求主軸的徑向跳動小于1或2μm，軸向竄動小于1μm。此外，主軸也要有足夠的靜、動剛度，以承受一定的切削負(fù)荷和保持高的回轉(zhuǎn)精度。
高速電主軸是高速機床的核心部件，它將機床主軸與變頻電機軸合二為一，即將主軸電機的定子、轉(zhuǎn)子直接裝入主軸組件內(nèi)部，也被稱為內(nèi)裝式電主軸（builtinmotorspindle），其間不再使用皮帶或齒輪傳動副，從而實現(xiàn)機床主軸系統(tǒng)的“零傳動”。電主軸典型的結(jié)構(gòu)如圖1所示。高速電主軸的結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、響應(yīng)特性好，并可改善主軸的動平衡，減少振動和噪聲，是高速機床主軸單元的理想結(jié)構(gòu)。
高速主軸單元包括動力源、主軸、軸承和機架四個主要部分，是高速機床的核心部件。這四個部分構(gòu)成一個動力學(xué)性能及穩(wěn)定性良好的系統(tǒng)，在很大程度上決定了機床所能達到的切削速度、加工精度和應(yīng)用范圍。高速主軸單元的性能取決于主軸的設(shè)計方法、材料、結(jié)構(gòu)、軸承、潤滑冷卻、動平衡、噪聲等多項相關(guān)技術(shù)，其中一些技術(shù)又是相互制約的，包括高速和高剛度的矛盾、高速和大轉(zhuǎn)矩的矛盾等。
從目前發(fā)展現(xiàn)狀來看，主軸單元形成獨立的單元而成為功能部件以方便地配置到多種加工中心及高速機床上，而且越來越多地采用電主軸類型。電主軸技術(shù)包括高速主軸軸承、無外殼主軸電機及其控制模塊、潤滑冷卻系統(tǒng)、主軸刀柄接口和*夾緊方式以及*動平衡等。
在高速主軸單元中，由于機床既要完成粗加工，又要完成精加工，因此對主軸單元提出了較高的靜剛度和工作精度的要求。另外，高速機床主軸單元的動態(tài)特性也在很大程度上決定了機床的加工質(zhì)量和切削能力。當(dāng)切削過程出現(xiàn)較大的振動時，會使*出現(xiàn)劇烈的磨損或破損，也會增加主軸軸承所承受的動載荷，降低軸承的精度和壽命，影響加工精度和表面質(zhì)量。因此，主軸單元應(yīng)具有較好的抗振性。高速運轉(zhuǎn)下，主軸單元的振動問題是非常突出的，采用電主軸是*的選擇，這是因為：
（1）如果電機仍采用皮帶或齒輪等方式傳動，則在高速運轉(zhuǎn)條件下，所產(chǎn)生的振動和噪聲等問題難以解決，必會影響機床的加工精度、加工表面粗糙度。
（2）為了提高生產(chǎn)率，要求在zui短時間內(nèi)實現(xiàn)高的速度變化，即主軸回轉(zhuǎn)時要具有*的角加速度。達到這個要求的的辦法，是將主軸傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量盡可能地減小。而將電機內(nèi)置，省掉齒輪、皮帶等一系列中間環(huán)節(jié)，才是達到這一目標(biāo)的理想途徑。
（3）電機內(nèi)置于主軸兩支承之間，可提高主軸系統(tǒng)的剛度，也就是提高了系統(tǒng)的固有頻率，從而提高了其臨界轉(zhuǎn)速值。
電主軸系統(tǒng)有三項性能指標(biāo)是非常重要的，它們分別是:
1)使用壽命。指更換一次軸承時主軸的累計工作時間。實際上就是指軸承的使用壽命。
2)主軸前端徑向剛度。是指電主軸工作端在單位徑向力作用下產(chǎn)生的位移。這一指標(biāo)對加工精度、生產(chǎn)效率影響很大。在其它條件相同的情況下，徑向剛度越大，工作效率就越高。
3)臨界轉(zhuǎn)速。是指當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時，會使主軸出現(xiàn)撓度急劇增大、轉(zhuǎn)動失穩(wěn)現(xiàn)象的那些旋轉(zhuǎn)速度。主軸工作轉(zhuǎn)速應(yīng)遠(yuǎn)離各階臨界轉(zhuǎn)速，否則主軸將有可能處于共振區(qū)而產(chǎn)生劇烈振動。
高速數(shù)控車床廠家表示這三項指標(biāo)對于一根設(shè)計良好的主軸來說，均應(yīng)達到預(yù)定的要求。在傳統(tǒng)的電主軸設(shè)計中，由于缺乏必要的分析計算，只能等產(chǎn)品加工出來后再通過試驗來考核其性能指標(biāo)。若其性能指標(biāo)不能滿足預(yù)定的要求，則要修改設(shè)計，重新制做，這樣必然導(dǎo)致產(chǎn)品的設(shè)計周期長，并且成本高。而現(xiàn)代設(shè)計方法則要求在設(shè)計過程中通過一些分析計算就應(yīng)能夠預(yù)測出主軸、軸承以及軸系的靜、動態(tài)性能指標(biāo)，在產(chǎn)品加工出來以前就能知道設(shè)計是否合理，從而大大縮短設(shè)計周期，降低生產(chǎn)成本。