數控機床高速電主軸技術要點分析（xī）

高速電主（zhǔ）軸，即（jí）為內裝式（shì）電機（jī）主（zhǔ）軸單元，是數控機床的重要部件。其是在機床主軸單元內部安裝主軸電機，對主軸起到了驅動（dòng）作用，由此促使電機和主軸成為（wéi）一個整體。要提高數控機床的運行效率，就要（yào）掌握高速電主軸技術要點，充分發揮其優勢，同時，推進電主軸技術不（bú）斷完善。

1、高速（sù）電主軸所具備的優點

傳統的數控機床上的主軸（zhóu）運行，在發揮（huī）電機驅動作用的過（guò）程中，主要是帶動中間的變速裝（zhuāng）置和傳動裝置，諸如齒輪、皮帶以及聯軸節等，此為“機械主軸”，也被形象地稱為分離式和直（zhí）聯式主軸。與這種傳統的主軸相比，電主軸具備的優點如下。

（1）主軸運行中，是通過內（nèi）部安裝的電機（jī）驅（qū）動的，不需要通（tōng）過中間的變速裝置和（hé）傳動（dòng）裝置，其（qí）設（shè）計結構簡（jiǎn）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（fēi）常小。

（2）將交流變（biàn）頻（pín）技術充（chōng）分利用起來，在（zài）額定轉速範圍內，電主軸可以無（wú）級變速。當（dāng）機床運行的過（guò）程中（zhōng），無論（lùn）發生任何的（de）工況，或者在負載（zǎi）變化的情況下，電主軸都（dōu）有很好的（de）適應性。

（3）內裝電機運行中，能夠控製閉環矢量，還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（děng）。電主軸可以滿足各種大功率要求，諸如（rú）低速重切削大轉矩（jǔ）的時候，或者高速精加工的時候，電（diàn）主軸（zhóu）都能夠很好地發（fā）揮（huī）作用，還可以實現準停，同時滿足 C 軸傳動功能。

（4）電主軸可以高速運（yùn）行，有良好的（de）穩定性，動態精度較高，使數控機床切削的速度（dù）更高，加工的精密度（dù）也更高。

（5）由於電主軸的運行不需要經過中間傳動環節，因此其平穩性更（gèng）高（gāo），不會受到外來的衝擊，主軸（zhóu）的軸（zhóu）承不需要承受很大的動負荷，精（jīng）度壽命得以延長（zhǎng）。

（6）電主軸（zhóu）使電（diàn）機和主軸構成一（yī）個整體，形成一個單元，使電主軸可以係列化（huà）生產，形成（chéng）一定的規模，而且生產更加專業化。電主軸作為數控機床功能部件，也（yě）作（zuò）為一種商品進入到市場中。企業（yè）可以根據（jù）數控機床的主機運行需要（yào）選（xuǎn）擇（zé）電主軸（zhóu），對機床模塊化方向發展起到一定的促進作用。

2、高速電（diàn）主軸的技術要點

2.1  高速電主軸的高速精（jīng）密軸承技術

在電（diàn）主軸係統中，主軸（zhóu）軸承技術是（shì）關鍵，主要包括（kuò）三種，即動靜壓軸承、角（jiǎo）接觸球軸承和磁懸浮軸承。其中，動靜（jìng）壓軸承是將靜壓軸承與動壓軸承結（jié）合起來，集合了兩者（zhě）的優（yōu）點，其具備良好的高（gāo）速（sù）性能，速（sù）度（dù）調節的範圍大。精密數控機床比較（jiào）常用角接觸球軸承（chéng），其發揮主（zhǔ）軸支撐作用，對高速性能有一（yī）定的影響（xiǎng）。出（chū）現這種現象的主（zhǔ）要原因是由於滾（gǔn）珠為氮化矽材料製作，滾珠在高（gāo）速作用下會增加離心力，增大陀螺力矩，軸承的高速性能得以（yǐ）充分發揮（huī），減小滾動體的直徑。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（zhóu）承運行中產生的發熱問題，所以，隻有特殊場合中才會使用（yòng）。

2.2  高速電主軸的動（dòng）平衡技術

高速電主軸有較高的運（yùn）轉速度，同時，具有高精度（dù）運行、高加工效率的特點，但是（shì），這些特點是建立在動平衡基（jī）礎上的。電主軸的運行狀態會受到（dào）諸多因素的影響，諸如製造因素，在主軸安（ān）裝的過程中產生誤差，或者存在材料不均勻的問題，必然會（huì）產生運行不平衡的問（wèn）題（tí）。通常電主軸運行的過程中，運轉速度最高可以超過 10000r/min，甚至可以達到60000 ～ 100000r/min。當主軸運轉的過程中，即便所存在的不平衡非常微小，都（dōu）有可能（néng）影響主軸回轉的精度，甚至（zhì）會影響軸承支承係統運行的穩定性，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（zài）電（diàn）主軸的設計中，需要采用對稱結構，加工裝配的時候要提高精確度。當主軸出廠的回收，調整好初始動平衡，提高主軸的平衡（héng）性，但是（shì），主軸刀具依然會存在細微的不對稱問題，甚至會出（chū）現刀具磨損的問題，或者切屑粘刀的問（wèn）題，原有的動平衡（héng）依然會被打破。由於工況複雜，主軸（zhóu）刀具係統會受到幹擾，諸如切削力激（jī）勵、離心力以（yǐ）及熱變（biàn）形等都是（shì）重要的（de）影響因素，並因此破（pò）壞主軸係統，使其無法保持穩定的穩定的（de）運行狀態（tài）。要使電主軸處於高速運行狀態，確保數控機床高效運行且持續穩定，就需要將在線運行且自動化操作的動平衡係統設計出來，並根據實際應（yīng）用需要不斷完善（shàn），更好地發揮其價值。

2.3  高速電主軸的潤滑技術

對高速電（diàn）主軸進行（háng）潤滑，主（zhǔ）要是潤滑主軸軸承。這（zhè）就需要采用科學有效（xiào）的潤滑係統對軸承（chéng）的溫升狀況進行控製，確保機（jī）床工藝係統運行中提高精度，且保（bǎo）證穩定性。高（gāo）速（sù）電主軸在選擇潤滑方式的時候，需要（yào）對軸承所屬類型、運轉速度以及負荷等等有關，可（kě）以根據需要選擇油脂潤滑方（fāng）法、油（yóu）霧潤滑方法或者噴射潤滑方法等。

2.4  高速（sù）電主軸的冷卻技術

電主軸的殼體中安裝有（yǒu）電動機（jī）的定子，電主軸實施封閉設計，當處於高速運轉狀態（tài）的時候，由（yóu）於缺乏散熱條件，就（jiù）會出現殼（ké）體中過熱的問（wèn）題。電主軸的內部安裝有（yǒu）兩個熱（rè）源：第一個熱源是電（diàn）動機運行中會由（yóu）於損耗而發熱（rè）；第（dì）二個熱源是由於軸承運行中產生摩擦而發熱。當（dāng）電機運行的過程中有熱量產生，主要發揮散熱作用的是主軸殼體，而且部分熱量通過主軸向軸（zhóu）承傳輸，導致軸承快（kuài）速升溫，其壽命必然（rán）受到影響，轉軸的製造精度受到熱伸長的影響，主軸係統運行的穩定可靠性無法保證。冷卻（què）電主軸（zhóu）的方法是將循環冷卻水套安裝在定子與殼體連接的位置，同潤滑軸承，使發熱量減少（shǎo），采用合理的潤滑方式除了發揮潤滑作用，而且還可以（yǐ）起到冷卻的效果（guǒ）。

2.5  高速電主軸的主軸電機技術

電主軸所采用的電動機多為交流異步感應電動（dòng）機，由於永磁電機增強了使用性能，交流永磁同步電動機被廣泛應（yīng）用，所表現出來的優點是，電主軸轉子不再散發熱量，電主軸不再產生熱變形，轉子沒有損耗，電主（zhǔ）軸的運行效率提高，減小了轉動慣量，啟動和（hé）準（zhǔn）停的速度加快。當電主軸處於低速運行狀態的時（shí）候，也能保持良好的性能。

2.6  高速電（diàn）主軸的精密加工和（hé）精密裝配（pèi）技術（shù）

當電主軸處於高速運（yùn）轉（zhuǎn）狀態的時候，要保證其剛度以（yǐ）及回轉精度，需要對重要（yào）的零件（jiàn）精密加工，甚至（zhì）需要超精密加工，在裝（zhuāng）配主軸零部件的時候，要提高精密度。在主軸單元中，對工件（jiàn）都需要精密加工，包括殼體的加工、軸（zhóu）承（chéng）座的加（jiā）工等等都要有較高的精密度，軸承隔圈會隨著主（zhǔ）軸高速旋轉，對加工精密度也有較高的（de）要求。另外，在高速電主軸（zhóu）上進行（háng）加工刀具的裝配（pèi）過程中，需要采（cǎi）用先進的工藝技術，且裝配的精密度要符合要求。

2.7  高速電主（zhǔ）軸的溫度保護技術

在（zài）設計高速數（shù）控銑床的時（shí）候（hòu），需要啟動冷卻係統對主軸進行降溫。主軸內部安裝有三個軸（zhóu）承，即前端軸（zhóu）承、中間軸承和後端軸承，主軸的運轉（zhuǎn）速（sù）度不同，功率不同，將溫度傳感器安裝在軸承附近，就可以對主軸軸承的溫（wēn）度實時監測。溫度傳感器采集信（xìn）號的時候需要發揮可編程邏輯控製器的（de）輸（shū）入模塊作用，不同類型的傳感器，將信號劃分為 4 ～20mA。在設（shè）計機床（chuáng）控製程（chéng）序的時候，需要按照傳感器信號將溫度計算出來，標定好。實施軸（zhóu）承升溫保護的（de）時候，還需要在程序（xù）中將（jiāng）門檻限製值設置好，保護好軸承。

3、 結語（yǔ）

通過上麵的研究（jiū）可以明確（què），在製造機械產品的過程中，應用高速加工技術，很多難題都（dōu）能夠得到解決，而且加工精度高，質量有所保證，所以，該技術（shù）在製造業廣泛應用，並已經成為主流技術。現在高速電主軸技（jì）術（shù）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的同時，還要發揮其節能環保特性，實現（xiàn）智能化發展（zhǎn）。