什么是車床高頻主軸，怎么選擇合適？
發(fā)布時間：2020-10-26 11:58:13 點擊率：
電主軸是最近幾年在數(shù)控機床領域出現(xiàn)的將機床主軸與主軸電機融為一體的新技術。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、油霧潤滑器、冷卻裝置、內(nèi)置編碼器、換刀裝置等。電動機的轉子直接作為機床的主軸，主軸單元的殼體就是電動機機座，并且配合其他零部件，實現(xiàn)電動機與機床主軸的一體化。
隨著電氣傳動技術（變頻調(diào)速技術、電動機矢量控制技術等）的迅速發(fā)展和日趨完善，高速數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的機械結構已得到極大的簡化，基本上取消了帶輪傳動和齒輪傳動。機床主軸由內(nèi)裝式電動機直接驅動，從而把機床主傳動鏈的長度縮短為零，實現(xiàn)了機床的“零傳動”。這種主軸電動機與機床主軸“合二為一”的傳動結構形式，使主軸部件從機床的傳動系統(tǒng)和整體結構中相對獨立出來，因此可做成“主軸單元”，俗稱“電主軸”。由于當前電主軸主要采用的是交流高頻電動機，故也稱為“高頻主軸”。由于沒有中間傳動環(huán)節(jié)，有時又稱它為“直接傳動主軸”。特性為高轉速、高精度、低噪音、內(nèi)圈帶鎖口的結構更適合噴霧潤滑。
高頻主軸的技術結構：
1、高速軸承技術
電主軸通常采用動靜壓軸承、復合陶瓷軸承或電磁懸浮軸承。
動靜壓軸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、延長刀具壽命、降低加工成本，這種軸承壽命多半無限長。
復合陶瓷軸承目前在電主軸單元中應用較多，這種軸承滾動體使用熱壓Si3N4陶瓷球，軸承套圈仍為鋼圈，標準化程度高，對機床結構改動小，易于維護。
電磁懸浮軸承高速性能好，精度高，容易實現(xiàn)診斷和在線監(jiān)控，但是由于電磁測控系統(tǒng)復雜，這種軸承價格十分昂貴，而且長期居高不下，至今沒有得到廣泛應用。
2、高速電機技術
電主軸是電動機與主軸融合在一起的產(chǎn)物，電動機的轉子即為主軸的旋轉部分，理論上可以把電主軸看作一臺高速電動機。關鍵技術是高速度下的動平衡；
3、冷卻裝置
為了盡快給高速運行的電主軸散熱，通常對電主軸的外壁通以循環(huán)冷卻劑，冷卻裝置的作用是保持冷卻劑的溫度。
4、內(nèi)置脈沖編碼器
為了實現(xiàn)自動換刀以及剛性攻螺紋，電主軸內(nèi)置一脈沖編碼器，以實現(xiàn)準確的相角控制以及與進給的配合。
5、自動換刀裝置
為了應用于加工中心，電主軸配備了自動換刀裝置，包括碟形簧、拉刀油缸等；
6、高速刀具的裝卡方式
廣為熟悉的BT、ISO刀具，已被實踐證明不適合于高速加工。這種情況下出現(xiàn)了HSK、SKI等高速刀具。
7、高頻變頻裝置
要實現(xiàn)電主軸每分鐘幾萬甚至十幾萬轉的轉速，必須用一高頻變頻裝置來驅動電主軸的內(nèi)置高速電動機，變頻器的輸出頻率必須達到上千或幾千赫茲。
高頻主軸的結構精度說明及油氣潤滑：
電主軸由無外殼電機、主軸、軸承、主軸單元殼體、驅動模塊和冷卻裝置等組成。電機的轉子采用壓配方法與主軸做成一體，主軸則由前后軸承支承。電機的定子通過冷卻套安裝于主軸單元的殼體中。主軸的變速由主軸驅動模塊控制，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速、測角位移傳感器，前端的內(nèi)錐孔和端面用于安裝刀具。
電主軸是一個高精度的執(zhí)行元件，而影響電主軸回轉精度的主要因素有：
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（影響主軸軸向竄動量）
②軸承誤差
軸承誤差包括滑動軸承內(nèi)孔或滾動軸承滾道的圓度誤差，滑動軸承內(nèi)孔或滾動軸承滾道的波度，滾動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部位的磨損率，而降低磨損的主要方式就是潤滑，對軸承進行潤滑處理，保證良好的潤滑及冷卻效果。因此選擇合理正確的潤滑方式是保證電主軸正常工作的重要條件。
經(jīng)過多年研究和一些客戶的反應，油氣潤滑裝置使用在電主軸上面被普遍認可，俗稱“電主軸油氣潤滑裝置”。電主軸油氣潤滑裝置通俗的解釋就是，油跟隨氣體的流動而往前運動。氣體在運動過程中，會帶動附著在管壁上面的少量油滴進入到兩邊的傳動軸承，噴灑到摩擦面上的是帶有油滴的油氣混合體。這種潤滑裝置不僅經(jīng)濟、環(huán)保、快速、高效，更重要的是油滴適中，不會造成因油量過多軸承無法散熱，也不會造成因油量過多，軸承在高速旋轉過程中產(chǎn)生背壓，避免了電主軸負載增加，更不會產(chǎn)生竄動現(xiàn)象。
高頻主軸的保養(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子端和電機接線端子上的廢屑，防止廢屑在轉子端和接線端子上堆積，以此避免廢屑進入軸承，加速高速軸承的磨損；避免廢屑進入接線端子，造成電機短路燒毀。
（2）每次對電主軸更換刀具時，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)成一個習慣，在卸刀后要將卡頭和壓帽清理干凈。
（3）每天開機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)！嚴禁在電主軸內(nèi)無冷卻水通過的情況下開啟電主軸！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，就會造成電主軸無法正常工作，并會影響加工效果。
隨著電氣傳動技術（變頻調(diào)速技術、電動機矢量控制技術等）的迅速發(fā)展和日趨完善，高速數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的機械結構已得到極大的簡化，基本上取消了帶輪傳動和齒輪傳動。機床主軸由內(nèi)裝式電動機直接驅動，從而把機床主傳動鏈的長度縮短為零，實現(xiàn)了機床的“零傳動”。這種主軸電動機與機床主軸“合二為一”的傳動結構形式，使主軸部件從機床的傳動系統(tǒng)和整體結構中相對獨立出來，因此可做成“主軸單元”，俗稱“電主軸”。由于當前電主軸主要采用的是交流高頻電動機，故也稱為“高頻主軸”。由于沒有中間傳動環(huán)節(jié)，有時又稱它為“直接傳動主軸”。特性為高轉速、高精度、低噪音、內(nèi)圈帶鎖口的結構更適合噴霧潤滑。
高頻主軸的技術結構：
1、高速軸承技術
電主軸通常采用動靜壓軸承、復合陶瓷軸承或電磁懸浮軸承。
動靜壓軸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、延長刀具壽命、降低加工成本，這種軸承壽命多半無限長。
復合陶瓷軸承目前在電主軸單元中應用較多，這種軸承滾動體使用熱壓Si3N4陶瓷球，軸承套圈仍為鋼圈，標準化程度高，對機床結構改動小，易于維護。
電磁懸浮軸承高速性能好，精度高，容易實現(xiàn)診斷和在線監(jiān)控，但是由于電磁測控系統(tǒng)復雜，這種軸承價格十分昂貴，而且長期居高不下，至今沒有得到廣泛應用。
2、高速電機技術
電主軸是電動機與主軸融合在一起的產(chǎn)物，電動機的轉子即為主軸的旋轉部分，理論上可以把電主軸看作一臺高速電動機。關鍵技術是高速度下的動平衡；
3、冷卻裝置
為了盡快給高速運行的電主軸散熱，通常對電主軸的外壁通以循環(huán)冷卻劑，冷卻裝置的作用是保持冷卻劑的溫度。
4、內(nèi)置脈沖編碼器
為了實現(xiàn)自動換刀以及剛性攻螺紋，電主軸內(nèi)置一脈沖編碼器，以實現(xiàn)準確的相角控制以及與進給的配合。
5、自動換刀裝置
為了應用于加工中心，電主軸配備了自動換刀裝置，包括碟形簧、拉刀油缸等；
6、高速刀具的裝卡方式
廣為熟悉的BT、ISO刀具，已被實踐證明不適合于高速加工。這種情況下出現(xiàn)了HSK、SKI等高速刀具。
7、高頻變頻裝置
要實現(xiàn)電主軸每分鐘幾萬甚至十幾萬轉的轉速，必須用一高頻變頻裝置來驅動電主軸的內(nèi)置高速電動機，變頻器的輸出頻率必須達到上千或幾千赫茲。
高頻主軸的結構精度說明及油氣潤滑：
電主軸由無外殼電機、主軸、軸承、主軸單元殼體、驅動模塊和冷卻裝置等組成。電機的轉子采用壓配方法與主軸做成一體，主軸則由前后軸承支承。電機的定子通過冷卻套安裝于主軸單元的殼體中。主軸的變速由主軸驅動模塊控制，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速、測角位移傳感器，前端的內(nèi)錐孔和端面用于安裝刀具。
電主軸是一個高精度的執(zhí)行元件，而影響電主軸回轉精度的主要因素有：
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（影響主軸軸向竄動量）
②軸承誤差
軸承誤差包括滑動軸承內(nèi)孔或滾動軸承滾道的圓度誤差，滑動軸承內(nèi)孔或滾動軸承滾道的波度，滾動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部位的磨損率，而降低磨損的主要方式就是潤滑，對軸承進行潤滑處理，保證良好的潤滑及冷卻效果。因此選擇合理正確的潤滑方式是保證電主軸正常工作的重要條件。
經(jīng)過多年研究和一些客戶的反應，油氣潤滑裝置使用在電主軸上面被普遍認可，俗稱“電主軸油氣潤滑裝置”。電主軸油氣潤滑裝置通俗的解釋就是，油跟隨氣體的流動而往前運動。氣體在運動過程中，會帶動附著在管壁上面的少量油滴進入到兩邊的傳動軸承，噴灑到摩擦面上的是帶有油滴的油氣混合體。這種潤滑裝置不僅經(jīng)濟、環(huán)保、快速、高效，更重要的是油滴適中，不會造成因油量過多軸承無法散熱，也不會造成因油量過多，軸承在高速旋轉過程中產(chǎn)生背壓，避免了電主軸負載增加，更不會產(chǎn)生竄動現(xiàn)象。
高頻主軸的保養(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子端和電機接線端子上的廢屑，防止廢屑在轉子端和接線端子上堆積，以此避免廢屑進入軸承，加速高速軸承的磨損；避免廢屑進入接線端子，造成電機短路燒毀。
（2）每次對電主軸更換刀具時，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)成一個習慣，在卸刀后要將卡頭和壓帽清理干凈。
（3）每天開機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)！嚴禁在電主軸內(nèi)無冷卻水通過的情況下開啟電主軸！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，就會造成電主軸無法正常工作，并會影響加工效果。
上一個：加工中心主軸跳多少算合格
下一個：加工中心主軸轉速，該如何確定？
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