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電主軸是“高頻主軸”（High Frequency Spindle）的簡稱,，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,、德國的GMN公司,、美國的PRECISE公司、意大利的GAMFIOR公司,、日本的NSK公司等。: v; v' t- u6 ^2 v' I
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1．電主軸的結(jié)構(gòu)
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& F3 M1 o; }9 r' n$ l" r 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速,、測角位移傳感器,，前端的內(nèi)錐孔和端面用于安裝刀具。1 K: g- D/ T( R, a# N D
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3 I; c9 |6 `2 T圖8-7 電主軸的結(jié)構(gòu)
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2．電主軸的軸承% X5 G' u1 l% b' W& o' P
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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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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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流體靜壓軸承為非直接接觸式軸承，具有磨損小,、壽命長,、回轉(zhuǎn)情度高、振動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn),，用于電主軸上,，可延長刀具壽命、提高加工質(zhì)量和加工效率,。美國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,。0 _# i1 e+ ~9 y
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1 P1 j& t6 o2 q$ J& E: r3 i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,。
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3．電主軸的冷卻* Y& g4 B6 {9 C0 V% K6 ]
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N! l" i8 v. C 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)行合理的潤滑。如對(duì)于陶瓷球軸承,，可采用油霧潤滑或油氣潤滑方式,。
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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),。
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5．電主軸的基本參數(shù); Y+ y1 x1 y( _9 o ]9 {
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/ c/ ?* X$ F- c c& v/ } 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)。 A3 a4 K2 x2 F4 p; |/ u* n3 K
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( r" z8 c: J$ t% z5 {6 n表8-1 德國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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9 `8 M# z/ V! D! }. b* B/ j' j9 ~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 潤滑 刀具接口
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3 }" O% w5 r5 ^! s, B& [HC120-42000/11 120 42000 11 30000 3.5 OL SK-30 * F! o( t; T' A: \& Z
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HC120-60000/5.5 120 60000 5.5 60000 0.9 OL HSK-E25
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2 x* {: D& g) X3 V7 J+ zHCS150g-18000/9 150 18000 9 7500 11 G HSK-A50 7 y: b* L7 }4 k. Q' t: ?
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; c% O( u8 q8 M% P) E6 M* jHCS170-40000/60 170 40000 60 40000 14 OL HSK-A50/E50
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( F3 t3 |3 z" AHCS170g-20000/18 170 20000 18 12000 14 G HSK-F63 # x6 L* z9 S) f- S7 B$ _& w$ {) K
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HCS180-30000/16 180 30000 16 15000 10 OL HSK-A50/E50 " c% h( ~# O7 ~) e
2 z/ p7 ^7 G" d5 l: Z, KHCS185g-8000/11 185 8000 11 2130 53 G HSK-A63 % n @# o" j+ V) G& B
, P4 S( y A: Z& L$ h1 wHCS200-18000/15 200 18000 15 1800 OL HSK-A633 . {9 ^6 `( _7 o+ U/ i
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HCS200-30000/15 200 30000 15 12000 OL HSK-A50/E50
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3 X6 b8 a- X2 IHCS200-36000/76 200 36000 16 6000 29 OL HSK-A50/E50
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HCS200-36000/76 200 36000 76 25000 29 OL HSK-A50/E500 % [2 X8 }) B! p# L
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HCS200g-12000/15 200 12000 15 1800 80 G SK40 7 s+ j7 u' S: W$ a9 |
' m- ~8 l G8 `3 L8 |HCS230-18000/15 230 18000 15 1800 OL HSK-A63 6 O5 |! Q$ e1 |* a
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HCS230-18000/25 230 18000 25 3000 80 OL HSK-A63
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HCS230-24000/18 230 24000 18 3150 57 OL HSK-A63
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! u2 {& i; F% X" hHCS230-24000/45 230 24000 45 7500 58 OL HSK-A633 4 H% t) h0 h8 p6 A- M5 L% ~
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HCS230g-15000/9 230 15000 9 1220 70 G HSK-A63 ' |2 f9 z F) b
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HCS300-12000/30 300 12000 30 1000 286 OL HSK-A100
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HCS300g-8000/30 300 8000 30 1000 286 G HSK-A100
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2 m6 i% a6 E& B" q6 ^, A注：HCS-矢量控制,；OL-油氣潤滑,；G-永久油脂潤滑；SK-ISO |
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樓主: 陸海洋
發(fā)表于 2010-11-30 17:57:18
樓主
