數控機床（chuáng）高速電主軸技術要點分析（xī）

高速電主軸（zhóu），即為內（nèi）裝式電機主軸單元，是數控機床的重（chóng）要部件（jiàn）。其是（shì）在機床主（zhǔ）軸單（dān）元內部（bù）安裝主軸電機，對主軸起到了驅動作用，由此促使電機和主軸成為（wéi）一個整體。要（yào）提高數控機床的運行效率，就要掌握高速電主軸技術要點，充（chōng）分發揮（huī）其優勢，同時，推進電主軸技術（shù）不斷完善。

1、高速電主軸所具備的（de）優點

傳統（tǒng）的數控機床上的主軸運行（háng），在發（fā）揮電機（jī）驅動作用的過（guò）程中，主要是帶動中間（jiān）的變速裝置和傳動裝置，諸如齒（chǐ）輪、皮帶以及聯軸節等，此為（wéi）“機械主軸”，也被形象（xiàng）地稱為（wéi）分離式和直聯式主軸。與這種傳統的主軸相比，電主軸具備（bèi）的優（yōu）點如下。

（1）主軸運行中，是通過內部（bù）安（ān）裝的電機驅（qū）動（dòng）的，不需要通（tōng）過中間的變速裝置和傳動裝置，其設計結構簡單而且緊湊，能夠提（tí）高運行效率而且精度很高。在運行的過程中，不會產生很大的噪聲，振動也（yě）非常小。

（2）將交流變頻技術（shù）充分利用起來，在額定轉速範圍內，電主軸可以無級變速。當機床運行的過程（chéng）中，無論發生任何（hé）的工況，或者在負載變化的情況下，電（diàn）主軸都（dōu）有很好的適應性。

（3）內裝電機運行中（zhōng），能夠控製閉環矢量，還（hái）可以按照控製命令有效調控功率，且能夠靈活控製驅動裝置（zhì）運行速度、輸出力矩等等。電主軸可以滿足各種大功率要（yào）求（qiú），諸如低速重切削大轉矩的（de）時候，或者高速精加工的時候，電主軸都能夠很好地發揮作用，還可以實現準停（tíng），同時（shí）滿足 C 軸傳動功能。

（4）電主軸可以高速運行，有良好的穩定性（xìng），動態精度較高，使數控機床切削的速度更高，加工的精密（mì）度也更高。

（5）由於電主軸的運行不需要（yào）經過中（zhōng）間傳動環節，因此其（qí）平（píng）穩性更高，不會受（shòu）到外（wài）來的衝擊，主軸（zhóu）的軸承不需（xū）要承受很大的動負荷，精度壽命得以（yǐ）延長。

（6）電主軸使電機和主軸（zhóu）構成一個整體，形成一個（gè）單元，使電（diàn）主軸可（kě）以係列化生產，形成一定的（de）規模（mó），而且生產更加專業化。電主軸作為數控機床功能部件，也作為一種商品（pǐn）進入（rù）到市場（chǎng）中。企業可（kě）以根據數控機床的主機運行需要（yào）選擇（zé）電主（zhǔ）軸，對機床模塊化（huà）方向發展起到一定的促進作用。

2、高速電主軸的技術要點

2.1  高（gāo）速電主軸的高速精密（mì）軸承技術

在電主軸（zhóu）係統中，主（zhǔ）軸軸承技（jì）術（shù）是關鍵，主要包括三種，即動靜壓軸承、角接觸球軸承和磁懸浮軸承。其中，動靜壓軸承是將靜（jìng）壓（yā）軸承與動壓軸承結合起（qǐ）來，集合了兩（liǎng）者的優點，其具（jù）備良好的高速性能，速度調節（jiē）的範圍大。精密數控機床比較常用角接觸球軸承，其發揮主軸支撐作用，對高速性能有一定的影響。出現這種現象的主要原因是由於滾珠為氮化矽材（cái）料製（zhì）作（zuò），滾珠在高速作用下會（huì）增（zēng）加離心力（lì），增大（dà）陀螺力矩，軸（zhóu）承（chéng）的高（gāo）速性（xìng）能得以充分發揮，減小滾動體的直徑（jìng）。由於軸承的製造成本高，具有非（fēi）常複雜的控製係統，不容易解決軸承運行中產生的發熱問題，所以，隻有特殊場合（hé）中才會使用。

2.2  高速電主軸的動平衡技術

高（gāo）速電主軸有較高的運轉速（sù）度，同時，具有高精度運（yùn）行、高加工效率的特點，但是，這些特點是建立在動平衡基礎上（shàng）的。電主軸的運行狀態會受到諸多（duō）因素的影響，諸如製造因素，在主（zhǔ）軸安裝的過程中產生誤差，或者存在材料不均勻的問題，必然會產生運（yùn）行（háng）不平衡的問題。通常電主軸運（yùn）行的過程（chéng）中，運轉速度最高可以超過 10000r/min，甚至可（kě）以達（dá）到（dào）60000 ～ 100000r/min。當主軸運轉的過程中，即便所存在的（de）不平衡非常微小，都有可能影響主軸回轉（zhuǎn）的精度，甚至會影響軸承支承（chéng）係統運行的穩定性，所以，需要嚴格要求高（gāo）速電主軸的動平衡精度。

為了提高主軸的平衡性，在電主（zhǔ）軸的設計（jì）中，需要（yào）采用對稱結構，加工裝配的時候要提高精確度。當主軸出（chū）廠的回收，調整（zhěng）好（hǎo）初始動平衡，提高（gāo）主軸的平衡（héng）性，但是，主軸刀具依然會存在細（xì）微的（de）不對（duì）稱問題，甚至會出現刀具磨損的問題，或者切屑粘刀的問題，原有的動平衡依然會被打破。由於工（gōng）況複雜（zá），主軸刀具係統會（huì）受到幹擾，諸如切削力激勵、離心力以（yǐ）及熱變形等都是重要的影響（xiǎng）因素（sù），並（bìng）因此破壞主軸（zhóu）係統，使其無法保持穩定的穩定的運行狀態。要使電主軸處於高速運行（háng）狀態，確保數控機（jī）床高效運行且持續穩定（dìng），就需要將在線運行（háng）且自動（dòng）化（huà）操（cāo）作的動平衡係統設計出來，並根據（jù）實際應用需（xū）要不斷完（wán）善，更好（hǎo）地發揮其價值。

2.3  高速電主軸的（de）潤（rùn）滑技術（shù）

對高速電主軸進行潤滑，主要是潤滑主軸軸承。這就需要采用科（kē）學有效的潤滑係統對軸承的溫升狀況進行控製，確保機（jī）床工藝係統運（yùn）行中提高精度，且保證穩定性。高速電主軸在選擇（zé）潤滑方式的時候，需要對軸（zhóu）承所屬類型、運轉速度以及負荷等等有關，可以根據需（xū）要選擇油脂（zhī）潤滑方法、油霧潤滑（huá）方法或者噴射潤滑方法等。

2.4  高速電主軸的冷卻技術

電主軸（zhóu）的殼體（tǐ）中安裝有電動機（jī）的定子，電（diàn）主軸實（shí）施（shī）封閉設計，當處於高速運轉狀態的時候，由於缺乏散熱（rè）條件，就會出現殼體中過熱的問題。電主軸（zhóu）的內部（bù）安（ān）裝有兩個熱源（yuán）：第一（yī）個熱源是電（diàn）動機運行（háng）中會由於損耗而發熱；第二個熱（rè）源是由於軸承（chéng）運行中產生摩擦而發熱。當電機運行的過程中（zhōng）有熱量產生，主要發揮散熱作用的（de）是主軸殼體，而且部分熱量通過主軸向軸承傳輸，導（dǎo）致（zhì）軸承快速升溫，其壽命必然受到影響，轉軸的製（zhì）造精度（dù）受到熱伸（shēn）長的影響，主軸係統運行（háng）的穩定可靠性無法保證。冷卻電（diàn）主軸的方法是將循環（huán）冷卻水套安裝在定子與殼體連（lián）接的位置，同潤滑軸承，使發熱量減少，采用合理的潤（rùn）滑方式除了發（fā）揮潤滑作用，而且還可以起到冷卻的效果（guǒ）。

2.5  高（gāo）速電主軸的主軸電機技術

電主軸所采用的（de）電動機多為交流異步感應電動機，由於永磁電機增強了使用性（xìng）能，交流永磁同步電動機被廣（guǎng）泛（fàn）應用，所表（biǎo）現出來的優點是，電主軸轉子不再（zài）散發熱量，電主軸不再產生熱變形，轉子沒有損耗，電主軸的運行效率提高，減小了轉動慣量，啟動和準（zhǔn）停的速度加快。當電主軸（zhóu）處於低（dī）速運行狀態的時候，也能保持良好的性（xìng）能（néng）。

2.6  高（gāo）速電主軸的精（jīng）密加工（gōng）和精密裝（zhuāng）配技術

當電（diàn）主軸處於高速運轉狀態的時候，要保證其剛度（dù）以及（jí）回轉精度，需要對重要的零件精（jīng）密加工，甚至需要超精密加工，在裝配（pèi）主（zhǔ）軸零部件的時候，要提高（gāo）精密度（dù）。在主軸單元中，對工件都需要精密加工，包括殼體的加工、軸承座的加（jiā）工等等（děng）都要有較高的精密度（dù），軸承隔圈會隨著主軸高速旋轉，對加工精密度也有較高的要求。另外，在高速電主軸上進行加工刀具的裝配過程中，需要采用先進的工藝技術，且裝（zhuāng）配的精密度（dù）要符合要求。

2.7  高速電主軸的（de）溫度（dù）保護技術

在設（shè）計高速數控銑床的時候，需要（yào）啟動冷卻係（xì）統對主軸進行降溫。主軸內部安裝有（yǒu）三個軸承（chéng），即前端軸承、中（zhōng）間軸承和後端軸承（chéng），主軸的運轉速度不同，功（gōng）率不同，將（jiāng）溫度傳感器（qì）安裝在軸承附近，就可以對（duì）主軸軸承的（de）溫度實時監測。溫度傳感（gǎn）器采（cǎi）集信號的時候需要發揮（huī）可編程邏（luó）輯控製器的輸入模塊作用，不同類型的傳感器，將信（xìn）號劃分（fèn）為 4 ～20mA。在設計機床控製程序的時候，需要按照（zhào）傳感器（qì）信號將溫度計算出來，標定好。實施軸承升溫保（bǎo）護的時候（hòu），還需要（yào）在程序中將門檻限製值設置好，保護好軸承。

3、 結語

通過上麵的（de）研究可以明確，在製造機械（xiè）產品的過程中，應用（yòng）高速加工技術，很多難題都（dōu）能夠得到（dào）解決，而且加工精度高，質量有所保證，所以，該技術在製造業廣泛應用，並已（yǐ）經成為主流技術。現在高速電主軸技術發展迅速，各個行業都根據自身的需要對該技術進行深入研究，在提高技術應用效率（lǜ）的同時，還要發揮其節能（néng）環保（bǎo）特性，實現智能化（huà）發展。