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電主軸是“高頻主軸”（High Frequency Spindle）的簡(jiǎn)稱，有時(shí)也稱作“直接傳動(dòng)主軸”（Direct Drive Spindle），是內(nèi)裝式電機(jī)主軸單元。它把機(jī)床主傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度縮短為零，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的“零傳動(dòng)”，具有結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)械效率高、可獲得極高的回轉(zhuǎn)速度、回轉(zhuǎn)精度高、噪聲低、振動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，因而在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床中獲得了愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。在國(guó)外，電主軸已成為一種機(jī)電一體化的高科技產(chǎn)品，由一些技術(shù)水平很高的專業(yè)工廠生產(chǎn)，如瑞士的FISCHER公司、德國(guó)的GMN公司、美國(guó)的PRECISE公司、意大利的GAMFIOR公司、日本的NSK公司等。" J: z$ h+ ~4 M# E2 X% r- w4 O
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1．電主軸的結(jié)構(gòu)+ U& E1 y. I* M1 G% g( `
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( J2 P. E- e* K8 @7 P H; C; H
, z$ r% O+ t- |0 _ 如圖8-7所示，電主軸由無(wú)外殼電機(jī)、主軸、軸承、主軸單元?dú)んw、驅(qū)動(dòng)模塊和冷卻裝置等組成。電機(jī)的轉(zhuǎn)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(jī)的定子通過(guò)冷卻套安裝于主軸單元的殼體中。主軸的變速由主軸驅(qū)動(dòng)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(cè)速、測(cè)角位移傳感器，前端的內(nèi)錐孔和端面用于安裝刀具。
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: E7 Z3 M9 D# u U" M2 S @圖8-7 電主軸的結(jié)構(gòu)
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2．電主軸的軸承4 q: O% j+ p% s9 H' q2 _
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軸承是決定主軸壽命和承載能力的關(guān)鍵部件，其性能對(duì)電主軸的使用功能極為重要。目前電主軸采用的軸承主要有陶瓷球軸承、流體靜壓軸承和磁懸浮軸承。
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0 i5 m& n- N" Z+ H0 H2 K 陶瓷球軸承是應(yīng)用廣泛且經(jīng)濟(jì)的軸承，它的陶瓷滾珠質(zhì)量輕、硬度高，可大幅度減小軸承離心力和內(nèi)部載荷，減少磨損，從而提高軸承壽命。德國(guó)GMN公司和瑞士士STEP-TEC公司用于加工中心和銑床的電主軸全部采用了陶瓷球軸承。0 I ]0 Z/ w1 B8 z* |3 E. ?; E7 J
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, U+ o# }. W* A' `$ y3 Q4 T流體靜壓軸承為非直接接觸式軸承，具有磨損小、壽命長(zhǎng)、回轉(zhuǎn)情度高、振動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，用于電主軸上，可延長(zhǎng)刀具壽命、提高加工質(zhì)量和加工效率。美國(guó)Ingersoll公司在其生產(chǎn)的電主軸單元中主要采用其擁有專利技術(shù)的流體靜壓軸承。
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+ Q1 i. Z3 k9 W# v3 L# W' @6 O2 a磁懸浮軸承依靠多對(duì)在圓周上互為180o的磁極產(chǎn)生徑向吸力（或斥力）而將主軸懸浮在空氣中，使軸頸與軸承不接觸，徑向間隙為1mm左右。當(dāng)承受載荷后，主軸空間位置會(huì)產(chǎn)生微小變化，控制裝置根據(jù)位置傳感器檢測(cè)出的主軸位置變化值改變相應(yīng)磁極的吸力（或斥力）值，使主軸迅速恢復(fù)到原來(lái)的位置，從而保證主軸始終繞其慣性軸作高速回轉(zhuǎn)，因此它的高速性能好、精度高，但由于價(jià)格昂貴，至今沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。
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& O: {1 r' T+ Q 3．電主軸的冷卻
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2 `6 w3 z( w' N$ ?, I! Y 由于電主軸將電機(jī)集成于主軸單元中，且其轉(zhuǎn)速很高，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱量，引起電主軸溫升，使電主軸的熱態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性變差，從而影響電主軸的正常工作。因此必須采取一定措施控制電主軸的溫度，使其恒定在一定值內(nèi)。目前一般采取強(qiáng)制循環(huán)油冷卻的方式對(duì)電主軸的定子及主軸軸承進(jìn)行冷卻，即將經(jīng)過(guò)油冷卻裝置的冷卻油強(qiáng)制性地在主軸定子外和主軸軸承外循環(huán)，帶走主軸高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量。另外，為了減少主軸軸承的發(fā)熱，還必須對(duì)主軸軸承進(jìn)行合理的潤(rùn)滑。如對(duì)于陶瓷球軸承，可采用油霧潤(rùn)滑或油氣潤(rùn)滑方式。% n6 `" \) a, i; p9 B0 l4 M
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; O7 o, S T9 y; Z' d$ j3 Y6 Z# t 4．電主軸的驅(qū)動(dòng)
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% O1 v0 v; }3 P( k" ?( o0 r 當(dāng)前，電主軸的電動(dòng)機(jī)均采用交流異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，由于是用在高速加工機(jī)床上，啟動(dòng)時(shí)要從靜止迅速升速至每分鐘數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)乃至數(shù)十萬(wàn)轉(zhuǎn)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，因而啟動(dòng)電流要超出普通電機(jī)額定電流5~7倍。其驅(qū)動(dòng)方式有變頻器驅(qū)動(dòng)和矢量控制驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)兩種。變頻器的驅(qū)動(dòng)控制特性為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)，輸出功率與轉(zhuǎn)矩成正比。最新的變頻器采用先進(jìn)的晶體管技術(shù)(ABB公司生產(chǎn)的SAMIGS系列變頻器器)，可實(shí)現(xiàn)主軸的無(wú)級(jí)變速。矢量控制驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)控制為：在低速端為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)，在中、高速端為恒功率驅(qū)動(dòng)。
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5．電主軸的基本參數(shù)2 o. P( k( N1 C4 m4 {7 e4 C
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5 K4 g( K6 E' J% ^. u' W1 E 電主軸的基本參數(shù)包括：套筒直徑、最高轉(zhuǎn)速、輸出功率、轉(zhuǎn)矩和刀具接口等，其中套筒直徑為電主軸的主要參數(shù)。表8-1列出了德國(guó)GMN公司用于加工中心和銑床的電主軸的型號(hào)和基本參數(shù)。 n2 v) I7 O1 x
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表8-1 德國(guó)GMN公司用于加工中心和銑床的電主軸的型號(hào)和基本參數(shù)
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& V# q0 L6 k b6 o主軸型號(hào) 套筒直徑/mm 最高轉(zhuǎn)速/(r/min) 輸出功率/kW 基速/(r/min) 基速轉(zhuǎn)矩/N·m 潤(rùn)滑 刀具接口
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HC120-42000/11 120 42000 11 30000 3.5 OL SK-30 + A4 j; X5 J$ k
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HC120-50000/11 120 50000 11 30000 3.5 OL HSK-E25
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3 q; |4 F. e b O5 I6 Q5 NHC120-60000/5.5 120 60000 5.5 60000 0.9 OL HSK-E25 , V3 g( I0 c& U7 I$ b7 e$ N
- `" R5 c$ ~. i J [ a6 a; gHCS150g-18000/9 150 18000 9 7500 11 G HSK-A50
Q: u/ z( l( v5 ~/ Z. y
6 E0 ^( n: ]5 d" D PHCS170-24000/27 170 24000 27 18000 14 OL HSK-A63 & S3 j! u8 D; K. U& G9 N* M& U; U
' B) p" b1 T( w! MHCS170-40000/60 170 40000 60 40000 14 OL HSK-A50/E50
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HCS170g-15000/15 170 15000 15 6000 24 G HSK-A63
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HCS170g-20000/18 170 20000 18 12000 14 G HSK-F63 7 a' s* v; f; f3 l/ q3 X
+ D- Y* j% Y! m! y8 vHCS180-30000/16 180 30000 16 15000 10 OL HSK-A50/E50
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! Y( ^( }5 I8 _HCS185g-8000/11 185 8000 11 2130 53 G HSK-A63 1 f! K. e8 S; M& j
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HCS200-18000/15 200 18000 15 1800 OL HSK-A633
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, o8 @( G* W/ L' T/ dHCS200-30000/15 200 30000 15 12000 OL HSK-A50/E50
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HCS200-36000/76 200 36000 16 6000 29 OL HSK-A50/E50
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2 ]& U$ Y2 Z$ u" OHCS200-36000/76 200 36000 76 25000 29 OL HSK-A50/E500 & B. @* ^% u) o% ^0 `
* U8 {& z4 C! \
HCS200g-12000/15 200 12000 15 1800 80 G SK40 4 _/ g w% F, ~. k9 Y' x( K8 K
9 H9 H ]5 |' g' \) { @% O* n1 b9 _
HCS230-18000/15 230 18000 15 1800 OL HSK-A63
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1 n" p' R% W6 ^3 g' }7 L0 [HCS230-18000/25 230 18000 25 3000 80 OL HSK-A63 8 J2 D3 N6 z- | J
( }/ y8 l2 L+ k, ^2 LHCS230-24000/18 230 24000 18 3150 57 OL HSK-A63
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; t( L- `$ ~/ g6 V5 f$ g9 f7 U/ WHCS230-24000/45 230 24000 45 7500 58 OL HSK-A633 4 m' q; p8 ^. x
7 I5 G V3 Z+ N( V5 K6 AHCS230g-12000/22 230 12000 22 2400 87 G HSK-A63
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3 T) i) e1 D1 C& ~, EHCS230g-15000/9 230 15000 9 1220 70 G HSK-A63 # I% I- _: v2 f
- p' g8 q" L7 T" Q0 B, cHCS275-20000/60 275 20000 60 10000 57 OL HSK-A63 / i5 T/ p9 v* @6 h! R2 E
; E1 t5 a7 F, S6 N3 \HCS285-12000/32 285 12000 32 1000 306 OL HSK-A100
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H$ Z: f8 K. i5 O+ J* Y. K* cHCS300-12000/30 300 12000 30 1000 286 OL HSK-A100 % R; ]$ m0 r! r' a0 T0 i
& a: g) Z0 }, MHCS300-14000/25 300 14000 25 1100 217 OL HSK-A63
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HCS300g-8000/30 300 8000 30 1000 286 G HSK-A100
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+ P% Z. t; E8 h5 G注：HCS-矢量控制；OL-油氣潤(rùn)滑；G-永久油脂潤(rùn)滑；SK-ISO |
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樓主: 陸海洋
發(fā)表于 2010-11-30 17:57:18
