電主軸

高速主軸是高速切削機(jī)床的核心部件，隨著主軸轉(zhuǎn)速要求的不斷提高，傳統(tǒng)的齒輪——皮帶變速傳動(dòng)系統(tǒng)由于自身振動(dòng)、噪音等原因已不能滿足要求，而是一種新型的功能部件——電主軸，將主軸電機(jī)與機(jī)床主軸相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了主軸電機(jī)與機(jī)床主軸的一體化。電子傳感器用在控制電主軸的溫度，提供水或油冷循環(huán)系統(tǒng)，使主軸在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)保持恒溫，一般可以控制一定的設(shè)定溫度在20°~25°范圍內(nèi)，精度為±0.7°，同時(shí)采用油霧潤滑、混合陶瓷軸承等新技術(shù)，使主軸免維護(hù)、長壽命、高精度。

電主軸首次用于內(nèi)圓磨床，20世紀(jì)80年代，隨著數(shù)控機(jī)床和高速切削技術(shù)的發(fā)展和需求，電主軸技術(shù)逐漸應(yīng)用于加工中心、數(shù)控銑床等高檔數(shù)控機(jī)床，成為近年來機(jī)床技術(shù)的重大成果之一。隨著機(jī)床技術(shù)、高速切削技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用的需要，人們對機(jī)床電主軸的性能提出越來越高的要求。目前，從事高速數(shù)控機(jī)床電主軸研發(fā)和生產(chǎn)的國外公司的技術(shù)代表了該領(lǐng)域的高水平。這些公司生產(chǎn)的電主軸具有以下特點(diǎn)：高功率、高轉(zhuǎn)速；采用高速、高剛度軸承，以陶瓷軸承、液體靜壓軸承為主，空氣潤滑軸承、磁懸浮軸承用于特別的場合；高水平精密加工和裝配技術(shù)；配套控制系統(tǒng)為高水平，包括轉(zhuǎn)子自動(dòng)平衡系統(tǒng)、軸承油氣潤滑及精密控制系統(tǒng)、定轉(zhuǎn)子冷卻溫度精密控制系統(tǒng)及主軸變形溫度補(bǔ)償精密控制系統(tǒng)等。

電主軸集成技術(shù)

電主軸是一套部件，包括電主軸本身及其附件：電主軸、高頻變頻器、油霧潤滑器、冷卻裝置、內(nèi)置編碼器、換刀裝置。

1、高速軸承技術(shù)

電主軸通常采用動(dòng)靜壓軸承、混合陶瓷軸承、電磁懸浮軸承。動(dòng)靜壓軸承具有很高的剛度和阻尼，可以大大提高加工效率，提高加工質(zhì)量，延長刀具壽命，減少加工成本，大部分軸承壽命是無限長的。目前，復(fù)合陶瓷軸承廣泛應(yīng)用于電主軸單元，這類軸承滾動(dòng)體采用熱壓Si3N4陶瓷球，軸承套圈仍為鋼圈，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，對機(jī)床結(jié)構(gòu)變化不大，易于維護(hù)。電磁懸浮軸承具有良好的高速性能和高精度，易于實(shí)現(xiàn)診斷和在線監(jiān)測。然而，由于電磁測控系統(tǒng)的復(fù)雜性，這種軸承價(jià)格很昂貴，而且長期保持較高的價(jià)格，如今沒有得到廣泛應(yīng)用。

2、高速電機(jī)技術(shù)

電主軸是電動(dòng)機(jī)和主軸融合在一起的產(chǎn)物，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子是主軸的旋轉(zhuǎn)部件，從理論上講，電主軸可以看作是一種高速電機(jī)。關(guān)鍵技術(shù)是高速的動(dòng)平衡；

3、潤滑

電主軸的潤滑一般采用定時(shí)定量油氣潤滑；也可以使用油脂潤滑，但應(yīng)減少相應(yīng)的速度。定時(shí)意味著每隔一段時(shí)間注入一次油。定量是指通過一種稱為定量閥的裝置精準(zhǔn)控制每次潤滑油的量。油氣潤滑是指用壓縮空氣將潤滑油吹入陶瓷軸承。油量控制很重要，太少不能潤滑；太多了，軸承高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于油的阻力會(huì)發(fā)熱。

4、冷卻裝置

為了盡快為高速電主軸散熱，通常在電主軸外壁引入循環(huán)冷卻液，冷卻裝置的作用是保持冷卻液的溫度。

5、內(nèi)置脈沖編碼器

為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀和剛性攻螺紋，電主軸內(nèi)置一脈沖編碼器，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的相角控制和與進(jìn)給的協(xié)調(diào)。

6、自動(dòng)換刀裝置

為了應(yīng)用于加工中心，電主軸配有自動(dòng)換刀裝置，包括碟形簧、拉刀油缸等。

7、高速刀具的裝卡

廣為人知的BT、ISO刀具，實(shí)踐證明不適合高速加工。在這種情況下，出現(xiàn)了HSK、SKI等高速工具。

8、高頻變頻裝置

要實(shí)現(xiàn)電主軸每分鐘幾萬甚至十幾萬轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，需要使用高頻變頻器來驅(qū)動(dòng)電主軸內(nèi)置的高速電動(dòng)機(jī)，變頻器的輸出頻率需要達(dá)到上千或幾千赫茲。

電主軸常見故障：

1.加工精度下降。

2.圓柱度超出公差范圍。

3.主軸發(fā)熱。

4.噪音很大，但用手轉(zhuǎn)動(dòng)主軸的阻力較小。

（1）故障分析

在主軸部件拆卸檢查過程中，發(fā)現(xiàn)故障原因如下：

①加工中心機(jī)械主軸軸承潤滑脂混有灰塵和水分。這是因?yàn)樵摷庸ぶ行氖褂玫膲嚎s空氣沒有精細(xì)的過濾和干燥裝置，所以氣動(dòng)吹屑時(shí)，少量的灰塵和水蒸氣會(huì)闖入主軸軸承的潤滑脂中，導(dǎo)致潤滑不良、發(fā)熱和噪音大；主軸內(nèi)錐孔定位面有少許擦傷，錐孔與刀柄錐面配合不良，有少許偏心；

②主軸軸承前軸承預(yù)緊力減小，軸承游隙增大；

③主軸自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)中部分碟形彈簧疲勞失效，刃具未被全部擰緊，有少許游隙。

（2）故障處理

在加工中心更換主軸軸承和潤滑脂，調(diào)整軸承游隙，制作簡易磨床，手工研磨主軸內(nèi)錐孔定位面，用涂色法檢查，確保刃柄與主軸定心錐孔的接觸面積大于85%；更換蝶形彈簧。將修整后的主軸放回主軸箱，并用千分表檢查徑向跳動(dòng)，150mm處近端小于0.006mm，遠(yuǎn)端小于0.010mm。試加工，主軸溫升、噪音正常，加工精度滿足加工工藝要求，再排除故障。

改進(jìn)措施：

①增加壓縮空氣精濾和干燥裝置，定期排空過濾器，定期清洗或更換濾芯；

②隨時(shí)檢查主軸錐孔、刃把清潔度和配合情況，檢查空氣干燥器工作是否正常；

③合理安排加工工藝，避免材料切除率急劇變化；

④嚴(yán)禁超負(fù)荷運(yùn)行，如有故障應(yīng)及時(shí)報(bào)修，不得帶病運(yùn)行。