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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,。
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6 ]% V; S# u' F( q4 c 1．電主軸的結(jié)構(gòu)
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如圖8-7所示，電主軸由無外殼電機(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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0 b* i9 o5 }$ p, d; T" K圖8-7 電主軸的結(jié)構(gòu)
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2．電主軸的軸承
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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,。) F, R3 U1 b. ~ k4 T" _( L8 y0 N
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p+ C3 t- L, g: L( D 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。
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" ~2 w6 V" }; v3 _) M7 u$ ^8 h+ _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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! v. F& b8 J! v( M ]/ U/ ?# m+ F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,，至今沒有得到廣泛應(yīng)用,。7 i7 d. A) d; d/ C
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$ y1 V( q" v* M4 q 3．電主軸的冷卻
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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。
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4．電主軸的驅(qū)動(dòng)
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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)萬轉(zhuǎn)乃至數(shù)十萬轉(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),。# \% V4 O" W/ b3 _* P
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) W' A7 W3 t' Z 5．電主軸的基本參數(shù)$ z$ Y, D* n, u. N( \4 s
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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),。
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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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# x; I5 S- t) A! ]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 + f1 S. J+ m& D7 }9 n8 z% [
5 y# j' J$ z O' s, m8 xHC120-50000/11 120 50000 11 30000 3.5 OL HSK-E25 % X- |5 C8 l+ V7 ^6 `" K
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HC120-60000/5.5 120 60000 5.5 60000 0.9 OL HSK-E25
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8 k9 ]8 h( u: u3 F3 y& yHCS150g-18000/9 150 18000 9 7500 11 G HSK-A50
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& q/ Z3 r+ h5 f" ~HCS170-24000/27 170 24000 27 18000 14 OL HSK-A63
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HCS170-40000/60 170 40000 60 40000 14 OL HSK-A50/E50 . I4 l: j+ u& t9 H- m! y% D2 P
' R# K: w! F& VHCS170g-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 ' v: C% b7 d+ Q* W. a5 E. m
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HCS180-30000/16 180 30000 16 15000 10 OL HSK-A50/E50
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$ Q; K; A8 d: qHCS185g-8000/11 185 8000 11 2130 53 G HSK-A63 4 M8 g0 e( |' m% b5 F3 j
# R$ Y" q( Q: SHCS200-18000/15 200 18000 15 1800 OL HSK-A633
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HCS200-30000/15 200 30000 15 12000 OL HSK-A50/E50 : _( X1 [, D& T! G- O% C
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HCS200-36000/76 200 36000 16 6000 29 OL HSK-A50/E50 , U# s2 v# S2 z3 y" ^6 o
F' B0 {; U* f/ ]& ^/ f {
HCS200-36000/76 200 36000 76 25000 29 OL HSK-A50/E500 % B2 i6 ` q! g5 w
9 s( R _2 J6 N% qHCS200g-12000/15 200 12000 15 1800 80 G SK40
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HCS230-18000/15 230 18000 15 1800 OL HSK-A63
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4 a: l e8 `: bHCS230-18000/25 230 18000 25 3000 80 OL HSK-A63
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. d# U/ K1 y @6 IHCS230-24000/18 230 24000 18 3150 57 OL HSK-A63 7 k3 o- b" `5 _; D' L* ]0 X
7 I& [0 M) l# E; h# JHCS230-24000/45 230 24000 45 7500 58 OL HSK-A633 . N: {7 {) O3 |/ ^0 `2 H6 t8 y
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HCS230g-12000/22 230 12000 22 2400 87 G HSK-A63
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HCS230g-12000/25 230 12000 25 3000 80 G HSK-A63 . Z$ B8 `! J& \( d1 o
+ v) [" L- [2 t' s' WHCS230g-15000/9 230 15000 9 1220 70 G HSK-A63
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7 x8 t3 [9 D4 Q' T! H' AHCS275-20000/60 275 20000 60 10000 57 OL HSK-A63 9 C5 P- r( X5 [) j
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HCS285-12000/32 285 12000 32 1000 306 OL HSK-A100
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HCS300-12000/30 300 12000 30 1000 286 OL HSK-A100 0 B9 @) u3 o, ?% I, r
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* c3 s3 N/ m: V7 p, d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
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