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隨著電氣傳動(dòng)技術(shù)(變頻調(diào)速技術(shù)、電動(dòng)機(jī)矢量控制技術(shù)等)的迅速發(fā)展和日趨完善,高速數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)已得到極大的簡(jiǎn)化,基本上取消了帶輪傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)。機(jī)床主軸由內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng),從而把機(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)"。,這種"主軸單元"主軸電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸"合二為一"的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式使主軸部件從機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中相對(duì)獨(dú)立出來(lái),又稱"電主軸"(ElectricSpindle,Motor Spindle)。由于當(dāng)前電主軸主要采用的是交流高頻電動(dòng)機(jī),故也稱為"高頻主軸"(High FrequencySpindle)。由于沒(méi)有中間傳動(dòng)環(huán)節(jié),有時(shí)又稱它為"直接傳動(dòng)主軸"(Direct Drive Spindle)。

主要用途

數(shù)控機(jī)床 ●機(jī)電設(shè)備

微型電機(jī) ●壓力轉(zhuǎn)子

電主軸通常采用動(dòng)靜壓軸承、復(fù)合陶瓷軸承或電磁懸浮軸承。

動(dòng)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(zhǎng)刀具壽命、降低加工成本,這種軸承壽命多半無(wú)限長(zhǎng)。

復(fù)合陶瓷軸承在電主軸單元中應(yīng)用較多,這種軸承滾動(dòng)體使用熱壓Si3N4陶瓷球,軸承套圈仍為鋼圈,標(biāo)準(zhǔn)化程度高,對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)改動(dòng)小,易于維護(hù)。

電磁懸浮軸承高速性能好,精度高,容易實(shí)現(xiàn)診斷和在線監(jiān)控,但是由于電磁測(cè)控系統(tǒng)復(fù)雜,這種軸承價(jià)格十分昂貴,而且長(zhǎng)期居高不下,沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。

高速電機(jī)技術(shù)

電主軸是電動(dòng)機(jī)與主軸融合在一起的產(chǎn)物,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子即為主軸的旋轉(zhuǎn)部分,理論上可以把電主軸看作一臺(tái)高速電動(dòng)機(jī)。關(guān)鍵技術(shù)是高速度下的動(dòng)平衡;

結(jié)構(gòu)說(shuō)明及油氣潤(rùn)滑

電主軸是一個(gè)高精度的執(zhí)行元件,而影響電主軸回轉(zhuǎn)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(dòng)量)

② 軸承誤差

軸承誤差包括滑動(dòng)軸承內(nèi)孔或滾動(dòng)軸承滾道的圓度誤差,滑動(dòng)軸承內(nèi)孔或滾動(dòng)軸承滾道的波度,滾動(dòng)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(zhuǎn)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(guān)部位的磨損率,而降低磨損的主要方式就是潤(rùn)滑,對(duì)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑處理,保證良好的潤(rùn)滑及冷卻效果。因此選擇合理正確的潤(rùn)滑方式是保證電主軸正常工作的重要條件。

油氣潤(rùn)滑裝置使用在電主軸上面被普遍認(rèn)可,俗稱"電主軸油氣潤(rùn)滑裝置"。電主軸油氣潤(rùn)滑裝置通俗的解釋就是,油跟隨氣體的流動(dòng)而往前運(yùn)動(dòng)。氣體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,會(huì)帶動(dòng)附著在管壁上面的少量油滴進(jìn)入到兩邊的傳動(dòng)軸承,噴灑到摩擦面上的是帶有油滴的油氣混合體。這種潤(rùn)滑裝置不僅經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、快速、高效,更重要的是油滴適中,不會(huì)造成因油量過(guò)多軸承無(wú)法散熱,也不會(huì)造成因油量過(guò)多,軸承在高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生背壓,避免了電主軸負(fù)載增加,更不會(huì)產(chǎn)生竄動(dòng)現(xiàn)象。

冷卻裝置

為了盡快給高速運(yùn)行的電主軸散熱,通常對(duì)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。

內(nèi)置脈沖編碼器

為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀以及剛性攻螺紋,電主軸內(nèi)置一脈沖編碼器,以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的相角控制以及與進(jìn)給的配合。

自動(dòng)換刀裝置

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

高速刀具的裝卡方式

廣為熟悉的BT、ISO刀具,已被實(shí)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。

高頻變頻裝置

要實(shí)現(xiàn)電主軸每分鐘幾萬(wàn)甚至十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速,必須用一高頻變頻裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)電主軸的內(nèi)置高速電動(dòng)機(jī),變頻器的輸出頻率必須達(dá)到上千或幾千赫茲。

普通變頻為標(biāo)量驅(qū)動(dòng)和控制,其驅(qū)動(dòng)控制特性為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng),輸出功率和轉(zhuǎn)速成正比。普通變頻控制的動(dòng)態(tài)性能不夠理想,在低速時(shí)控制性能不佳,輸出功率不夠穩(wěn)定,也不具備C軸功能。但價(jià)格便宜、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,一般用于磨床和普通的高速銑床等。

矢量控制技術(shù)模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制,以轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向,用矢量變換的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)和控制,具有良好的動(dòng)態(tài)性能。矢量控制驅(qū)動(dòng)器在剛啟動(dòng)時(shí)具有很大的轉(zhuǎn)矩值,加之電主軸本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,慣性很小,故啟動(dòng)加速度大,可以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)后瞬時(shí)達(dá)到允許極限速度。這種驅(qū)動(dòng)器又有開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種,后者可以實(shí)現(xiàn)位置和速度的反饋,不僅具有更好的動(dòng)態(tài)性能,還可以實(shí)現(xiàn)C軸功能;而前者動(dòng)態(tài)性能稍差,也不具備C軸功能,但價(jià)格較為便宜。

直接轉(zhuǎn)矩控制是繼矢量控制技術(shù)之后發(fā)展起來(lái)的又一種新型的高性能交流調(diào)速技術(shù),其控制思想新穎,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔明了,更適合于高速電主軸的驅(qū)動(dòng),更能滿足高速電主軸高轉(zhuǎn)速、寬調(diào)速范圍、高速瞬間準(zhǔn)停的動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性的要求,已成為交流傳動(dòng)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)技術(shù)。

2、每次對(duì)電主軸更換刀具時(shí),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(gè)習(xí)慣,在卸刀后要將卡頭和壓帽清理干凈。

3、每天開(kāi)機(jī)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(yán)禁在電主軸內(nèi)無(wú)冷卻水通過(guò)的情況下開(kāi)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(huì)造成電主軸無(wú)法正常工作,并會(huì)影響加工效果。