一、電主軸的結(jié)構(gòu)組成

電主軸是近幾年來數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域?qū)C(jī)床主軸和主軸電機(jī)集成在一起的一項(xiàng)新技術(shù)。高速數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)取消了帶輪傳動和齒輪傳動。機(jī)床主軸由內(nèi)置電動機(jī)直接驅(qū)動，將機(jī)床主傳動鏈長度縮短到零，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的“零驅(qū)動”。這種主軸電動機(jī)和機(jī)床主軸“合二為一”的傳動結(jié)構(gòu)形式，使主軸部分相對獨(dú)立于機(jī)床的傳動系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)，因此可以做成“主軸單元”，俗稱“電主軸”。

電主軸是在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域中集機(jī)床主軸和主軸電機(jī)于一體的新技術(shù)，電主軸與直線電機(jī)技術(shù)、高速切削刀具技術(shù)一起，將高速加工推向新時(shí)代。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、換刀裝置等。電動機(jī)的轉(zhuǎn)子直接作為機(jī)床主軸使用，主軸單元的外殼是電動機(jī)底座，與其他零件一起實(shí)現(xiàn)電動機(jī)與機(jī)床主軸的一體化。

二、驅(qū)動模式

電主軸的電動機(jī)都是交流異步感應(yīng)電動機(jī)，因?yàn)樗鼈冇迷诟咚偌庸C(jī)床上，啟動速度要從靜止迅速提高到每分鐘幾萬轉(zhuǎn)甚至幾十萬轉(zhuǎn)，而且啟動轉(zhuǎn)矩大，所以啟動電流要比普通電機(jī)的額定電流高5~7倍。有兩種驅(qū)動方式：變頻器驅(qū)動和矢量控制驅(qū)動器驅(qū)動。變頻器的驅(qū)動控制特性是恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動，輸出功率與轉(zhuǎn)矩成正比。機(jī)床最新變頻器采用先進(jìn)晶體管技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)主軸的無級變速。機(jī)床矢量控制驅(qū)動器的驅(qū)動控制為低速端恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動，在中、高速端為恒功率驅(qū)動。

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

三、高速電主軸在機(jī)床行業(yè)中的應(yīng)用

簡化結(jié)構(gòu)，促進(jìn)機(jī)床結(jié)構(gòu)模塊化

電主軸可根據(jù)應(yīng)用、結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)等特點(diǎn)形成標(biāo)準(zhǔn)化、系列化產(chǎn)品，可由主機(jī)選擇，從而促進(jìn)機(jī)床結(jié)構(gòu)的模塊化。

減少機(jī)床成本，縮短機(jī)床開發(fā)周期

一方面，標(biāo)準(zhǔn)化、系列化電主軸產(chǎn)品易于形成專業(yè)化、量產(chǎn)，也能縮短機(jī)床的開發(fā)周期，適應(yīng)目前瞬息萬變的市場趨勢。

提高機(jī)床性能和可靠性

電主軸結(jié)構(gòu)的數(shù)控機(jī)床由于簡化了結(jié)構(gòu)，減少了傳動、連接環(huán)節(jié)，提高了機(jī)床的可靠性；技術(shù)成熟、功能完善、性能卓越、質(zhì)量可靠的電主軸組件使機(jī)床的性能更加完善，可靠性進(jìn)一步提高。

實(shí)現(xiàn)一些高檔數(shù)控機(jī)床的特殊要求

一些高檔數(shù)控機(jī)床，如并聯(lián)運(yùn)動機(jī)床、五面體加工中心、小孔和超小孔加工機(jī)床等，需要采用電主軸才能滿足完善的功能要求。推動高速切削技術(shù)在機(jī)械加工領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，電主軸系統(tǒng)由內(nèi)置電機(jī)直接驅(qū)動，滿足機(jī)床“高速、高精度、高可靠性、小振動”的高速切削要求，與機(jī)床高速進(jìn)給系統(tǒng)、高速刀具系統(tǒng)一起是高速切削的必要條件。電主軸技術(shù)與電機(jī)變頻、閉環(huán)矢量控制、交流伺服控制等技術(shù)相結(jié)合，可滿足車削、銑削、鏜削、鉆削、磨削等金屬切削加工的需要。

四、高速電主軸在機(jī)器人中的應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)向智能化方向的不斷發(fā)展，機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展和深化，以及機(jī)器人在FMS、 CIMS系統(tǒng)中的群體應(yīng)用，工業(yè)機(jī)器人也在不斷向智能化方向發(fā)展，以適應(yīng)敏捷制造、滿足多樣化、個(gè)性化的需求。目前，工業(yè)機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于汽車及汽車零部件制造業(yè)、機(jī)械加工工業(yè)、電子電氣工業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材及家具制造業(yè)等領(lǐng)域。在工業(yè)生產(chǎn)中，弧焊機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、配送機(jī)器人、裝配機(jī)器人、噴漆機(jī)器人和搬運(yùn)機(jī)器人等工業(yè)機(jī)器人得到了廣泛的應(yīng)用。

主軸與機(jī)械手臂完美結(jié)合，應(yīng)用于合金材料、汽車后備箱SMC材料的切割、去毛刺、鉆孔和拋光，將主軸行業(yè)與工業(yè)自動化緊密聯(lián)系在一起。

主軸的前端安裝在夾頭，用于銑削鉆，主軸的大扭矩可以輕松切割較厚的合金板材，通氣密封功能解決了切削過程中產(chǎn)生大量粉塵進(jìn)入主軸的問題，在切削過程中，切削液經(jīng)常被用來冷卻刀具，IP57的防護(hù)等級完全避免了液體進(jìn)入主軸的擔(dān)心，同時(shí)密封氣壓冷卻主軸，有利于主軸的長期加工。

前端伸長40毫米，機(jī)械手臂旋轉(zhuǎn)時(shí)可以避開工裝器具，方便切割產(chǎn)品；配合熱縮筒夾使用，節(jié)省了每次更換刀具重新找正刀具的時(shí)間，提高了工作效率。主軸最大功率達(dá)到5000瓦，功率輸出強(qiáng)大，可加工材料范圍擴(kuò)大，自身重量為3.5KG，輕便，采用HSK夾頭，精度高，最大夾緊范圍可達(dá)到10mm，刀具可通過通氣自動更換，提高了工作效率。

五、主軸部分常見故障匯總

1、故障現(xiàn)象：主軸異響嚴(yán)重；轉(zhuǎn)數(shù)高時(shí)有噪音；溫升比較高。

原因分析：

①主軸軸承可能磨損或損壞；

②主軸可能潤滑不好，導(dǎo)致缺油；或者潤滑油臟污或有雜質(zhì)；

③隔環(huán)端面可能有污垢；

④主軸軸承的預(yù)緊力可能過大；

⑤皮帶位置和張力可能不合適；

⑥主軸部件動平衡差；

解決方案：

①更換主軸軸承；

②加入適當(dāng)?shù)闹鬏S油；更換新油，確保主軸的清潔；

③拆卸主軸后，清潔隔環(huán)；

④重新調(diào)整預(yù)緊力；

⑤重新調(diào)整皮帶位置和張力；

⑥重新調(diào)整動平衡；

2、故障現(xiàn)象：主軸有異響，用手旋轉(zhuǎn)要費(fèi)很大力氣，有明顯的卡澀感。

原因分析：可能是鎖緊汽缸打刀撞塊的螺栓松動導(dǎo)致撞塊松動，使得鎖緊蝶簧螺母與撞塊之間沒有間隙，從而產(chǎn)生摩擦。

解決方法：擰緊松動的螺母，使它們之間的間隙合適。

3、故障現(xiàn)象：在切割過程中振動大。

原因分析：

①主軸軸承可能拉毛或損壞；

②軸承預(yù)緊螺母松動導(dǎo)致主軸有竄動；

③軸承預(yù)緊力不足、間隙過大；

④其他因素；

解決方案：

①更換軸承；

②擰緊螺母，確保主軸精度合格；

③重新調(diào)整軸承間隙，但預(yù)緊力不宜過大；

④檢查刀具或改變切削參數(shù)。

六、主要類別和共性

1、電主軸的分類：

a、車削主軸；b、銑削主軸；c、磨削主軸。

2、常見的結(jié)構(gòu)點(diǎn)：

拉刀機(jī)構(gòu)包括（拉力傳感器、拉刀傳感器、松刀傳感器，拉桿、卡爪、碟簧）。

潤滑機(jī)構(gòu)（6000轉(zhuǎn)以內(nèi)的脂潤滑，20000轉(zhuǎn)以內(nèi)的油霧潤滑，20000轉(zhuǎn)以上的油氣潤滑）。

冷卻機(jī)構(gòu)（風(fēng)冷、自冷、油冷）。

功能機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)單元（易于跳躍和減少沖擊）。

軸承（陶瓷球軸承，組合方式：前四后一、前二后二、前三后一等，軸承和軸承之間有隔環(huán)、裝配時(shí)軸承位置將讓位于軸承）。

3、結(jié)構(gòu)差異：

編碼器（齒輪磁柵式），中央出水（OTT）。