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1概述

電主軸是在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù)，它與直線電機(jī)技術(shù)、高速刀具技術(shù)一起，把高速加工推向一個(gè)新時(shí)代。電主軸是一套組件，它包括電主軸本身及其附件：電主軸、高頻變頻裝置、油霧潤(rùn)滑器、冷卻裝置、內(nèi)置編碼器、換刀裝置等。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子直接作為機(jī)床的主軸，主軸單元的殼體就是電動(dòng)機(jī)機(jī)座，并且配合其他零部件，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸的一體化。

隨著電氣傳動(dòng)技術(shù)（變頻調(diào)速技術(shù)、電動(dòng)機(jī)矢量控制技術(shù)等）的迅速發(fā)展和日趨完善，高速數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)已得到極大的簡(jiǎn)化，基本上取消了帶輪傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)。機(jī)床主軸由內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，從而把機(jī)床主傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度縮短為零，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的“零傳動(dòng)”。這種主軸電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸“合二為一”的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，使主軸部件從機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中相對(duì)獨(dú)立出來(lái)，因此可做成“主軸單元”，俗稱(chēng)“電主軸”（ElectricSpindle,Motor Spindle）。由于當(dāng)前電主軸主要采用的是交流高頻電動(dòng)機(jī)，故也稱(chēng)為“高頻主軸”（High FrequencySpindle）。由于沒(méi)有中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，有時(shí)又稱(chēng)它為“直接傳動(dòng)主軸”（Direct Drive Spindle）。

2電主軸結(jié)構(gòu)

電主軸由無(wú)外殼電機(jī)、主軸、軸承、主軸單元?dú)んw、驅(qū)動(dòng)模塊和冷卻裝置等組成。電機(jī)的轉(zhuǎn)子采用壓配方法與主軸做成一體，主軸則由前后軸承支承。電機(jī)的定子通過(guò)冷卻套安裝于主軸單元的殼體中。主軸的變速由主軸驅(qū)動(dòng)模塊控制，而主軸單元內(nèi)的溫升由冷卻裝置限制。在主軸的后端裝有測(cè)速、測(cè)角位移傳感器，前端的內(nèi)錐孔和端面用于安裝刀具。

3電主軸的冷卻

由于電主軸將電機(jī)集成于主軸單元中，且轉(zhuǎn)速很高，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱量，引起電主軸溫升，使電主軸的熱態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性變差，從而影響電主軸的正常工作。因此，必須采取一定措施控制電主軸的溫度，使其恒定在一定值內(nèi)。機(jī)床目前一般采取強(qiáng)制循環(huán)油冷卻的方式對(duì)電主軸的定子及主軸軸承進(jìn)行冷卻，即將經(jīng)過(guò)油冷卻裝置的冷卻油強(qiáng)制性地在主軸定子外和主軸軸承外循環(huán)，帶走主軸高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量。機(jī)床另外，為了減少主軸軸承的發(fā)熱，還必須對(duì)主軸軸承進(jìn)行合理的潤(rùn)滑。

4電主軸的驅(qū)動(dòng)

電主軸的電動(dòng)機(jī)均采用交流異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，由于是用在高速加工機(jī)床上，啟動(dòng)時(shí)要從靜止迅速升速至每分鐘數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)乃至數(shù)十萬(wàn)轉(zhuǎn)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，因而啟動(dòng)電流要超出普通電機(jī)額定電流5~7倍。其驅(qū)動(dòng)方式有變頻器驅(qū)動(dòng)和矢量控制驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)兩種。變頻器的驅(qū)動(dòng)控制特性為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)，輸出功率與轉(zhuǎn)矩成正比。機(jī)床新的變頻器采用*的晶體管技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)主軸的無(wú)級(jí)變速。機(jī)床矢量控制驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)控制為在低速端為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)，在中、高速端為恒功率驅(qū)動(dòng)

5優(yōu)點(diǎn)

電主軸具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、噪聲低、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，而且轉(zhuǎn)速高、功率大，簡(jiǎn)化機(jī)床設(shè)計(jì)，易于實(shí)現(xiàn)主軸定位，是高速主軸單元中的一種理想結(jié)構(gòu)。 電主軸軸承采用高速軸承技術(shù)，耐磨耐熱，壽命是傳統(tǒng)軸承的幾倍。

6特性

高轉(zhuǎn)速、高精度、低噪音、內(nèi)圈帶鎖口的結(jié)構(gòu)更適合噴霧潤(rùn)滑。
主要用途
數(shù)控機(jī)床 ●機(jī)電設(shè)備
微型電機(jī) ●壓力轉(zhuǎn)子

7高科技

高速軸承技術(shù)

電主軸通常采用動(dòng)靜承、復(fù)合陶瓷軸承或電磁懸浮軸承。

動(dòng)靜承具有很高的剛度和阻尼，能大幅度提高加工效率、加工質(zhì)量、延長(zhǎng)刀具壽命、降低加工成本，這種軸承壽命多半無(wú)限長(zhǎng)。

復(fù)合陶瓷軸承目前在電主軸單元中應(yīng)用較多，這種軸承滾動(dòng)體使用熱壓Si3N4陶瓷球，軸承套圈仍為鋼圈，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)改動(dòng)小，易于維護(hù)。

電磁懸浮軸承高速性能好，精度高，容易實(shí)現(xiàn)診斷和在線監(jiān)控，但是由于電磁測(cè)控系統(tǒng)復(fù)雜，這種軸承價(jià)格十分昂貴，而且長(zhǎng)期居高不下，至今沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。

高速電機(jī)技術(shù)

電主軸是電動(dòng)機(jī)與主軸融合在一起的產(chǎn)物，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子即為主軸的旋轉(zhuǎn)部分，理論上可以把電主軸看作一臺(tái)高速電動(dòng)機(jī)。關(guān)鍵技術(shù)是高速度下的動(dòng)平衡。

結(jié)構(gòu)說(shuō)明及油氣潤(rùn)滑

電主軸是一個(gè)高精度的執(zhí)行元件，而影響電主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素有：
①主軸誤差 主要包括主軸支承軸頸的圓度誤差、同軸度誤差（使主軸軸心線發(fā)生偏斜）和主軸軸頸軸向承載面與軸線的垂直度誤差（影響主軸軸向竄動(dòng)量）
② 軸承誤差
軸承誤差包括滑動(dòng)軸承內(nèi)孔或滾動(dòng)軸承滾道的圓度誤差，滑動(dòng)軸承內(nèi)孔或滾動(dòng)軸承滾道的波度，滾動(dòng)軸承滾子的形狀與尺寸誤差，軸承定位端面與軸心線垂直度誤差，軸承端面之間的平行度誤差，軸承間隙以及切削中的受力變形等。
③ 主軸系統(tǒng)的徑向不等剛度及熱變形
從以上可以看出影響電主軸回轉(zhuǎn)精度的主要原因就是軸承磨損，軸及接觸面磨損。為了保證我們的電主軸能在保證精度的情況下正常工作，我們就要盡可能的降低軸承相關(guān)部位的磨損率，而降低磨損的主要方式就是潤(rùn)滑，對(duì)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑處理，保證良好的潤(rùn)滑及冷卻效果。因此選擇合理正確的潤(rùn)滑方式是保證電主軸正常工作的重要條件。
經(jīng)過(guò)多年研究和一些客戶(hù)的反應(yīng)，油氣潤(rùn)滑裝置使用在電主軸上面被普遍認(rèn)可，俗稱(chēng)“電主軸油氣潤(rùn)滑裝置”。電主軸油氣潤(rùn)滑裝置通俗的解釋就是，油跟隨氣體的流動(dòng)而往前運(yùn)動(dòng)。氣體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，會(huì)帶動(dòng)附著在管壁上面的少量油滴進(jìn)入到兩邊的傳動(dòng)軸承，噴灑到摩擦面上的是帶有油滴的油氣混合體。這種潤(rùn)滑裝置不僅經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、快速、，更重要的是油滴適中，不會(huì)造成因油量過(guò)多軸承無(wú)法散熱，也不會(huì)造成因油量過(guò)多，軸承在高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生背壓，避免了電主軸負(fù)載增加，更不會(huì)產(chǎn)生竄動(dòng)現(xiàn)象。

8控制

在數(shù)控機(jī)床中，電主軸通常采用變頻調(diào)速方法。目前主要有普通變頻驅(qū)動(dòng)和控制、矢量控制驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)和控制以及直接轉(zhuǎn)矩控制三種控制方式。

普通變頻為標(biāo)量驅(qū)動(dòng)和控制，其驅(qū)動(dòng)控制特性為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)，輸出功率和轉(zhuǎn)速成正比。普通變頻控制的動(dòng)態(tài)性能不夠理想，在低速時(shí)控制性能不佳，輸出功率不夠穩(wěn)定，也不具備C軸功能。但價(jià)格便宜、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般用于磨床和普通的高速銑床等。

矢量控制技術(shù)模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，以轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向，用矢量變換的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)和控制，具有良好的動(dòng)態(tài)性能。矢量控制驅(qū)動(dòng)器在剛啟動(dòng)時(shí)具有很大的轉(zhuǎn)矩值，加之電主軸本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，慣性很小，故啟動(dòng)加速度大，可以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)后瞬時(shí)達(dá)到允許極限速度。這種驅(qū)動(dòng)器又有開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種，后者可以實(shí)現(xiàn)位置和速度的反饋，不僅具有更好的動(dòng)態(tài)性能，還可以實(shí)現(xiàn)C軸功能；而前者動(dòng)態(tài)性能稍差，也不具備C軸功能，但價(jià)格較為便宜。

直接轉(zhuǎn)矩控制是繼矢量控制技術(shù)之后發(fā)展起來(lái)的又一種新型的高性能交流調(diào)速技術(shù)，其控制思想新穎，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔明了，更適合于高速電主軸的驅(qū)動(dòng)，更能滿(mǎn)足高速電主軸高轉(zhuǎn)速、寬調(diào)速范圍、高速瞬間準(zhǔn)停的動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性的要求，已成為交流傳動(dòng)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)技術(shù)。

9保養(yǎng)

（1）操作員在每天工作完后要使用吸塵器清理電主軸的轉(zhuǎn)子端和電機(jī)接線端子上的廢屑，防止廢屑在轉(zhuǎn)子端和接線端子上堆積，以此避免廢屑進(jìn)入軸承，加速高速軸承的磨損；避免廢屑進(jìn)入接線端子，造成電機(jī)短路燒毀。
（2）每次對(duì)電主軸更換刀具時(shí)，操作員必須要將壓帽卡頭擰下，不能使用直接插拔刀具的方法換刀！
操作員要養(yǎng)成一個(gè)習(xí)慣，在卸刀后要將卡頭和壓帽清理干凈。
（3）每天開(kāi)機(jī)后操作員必須檢查電主軸的冷卻水流地工作狀態(tài)，要檢查水泵是否正常工作，要檢查冷卻水是否被水垢、微生物污染，要檢查管路狀態(tài)是否正常，必須要保證冷卻水正常循環(huán)！嚴(yán)禁在電主軸內(nèi)無(wú)冷卻水通過(guò)的情況下開(kāi)啟電主軸！只有在正常冷卻的前提下電主軸才能處于良好的工作狀態(tài)。如果水管有死彎造成水流不暢或有污垢堵塞管道，就會(huì)造成電主軸無(wú)法正常工作，并會(huì)影響加工效果。