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電主軸是“高頻主軸”（High Frequency Spindle）的簡稱，有時也稱作“直接傳動主軸”（Direct Drive Spindle）,，是內(nèi)裝式電機主軸單元,。它把機床主傳動鏈的長度縮短為零，實現(xiàn)了機床的“零傳動”,，具有結(jié)構(gòu)緊湊,、機械效率高、可獲得極高的回轉(zhuǎn)速度,、回轉(zhuǎn)精度高,、噪聲低、振動小等優(yōu)點,，因而在現(xiàn)代數(shù)控機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,。
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0 C2 l/ i% V$ M, S- X$ _/ ~ 1．電主軸的結(jié)構(gòu)8 r. f6 e6 ~/ w* a! Z
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7 U j4 l4 C& \5 q* [# h 如圖8-7所示,，電主軸由無外殼電機、主軸,、軸承,、主軸單元殼體、驅(qū)動模塊和冷卻裝置等組成,。電機的轉(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,。
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圖8-7 電主軸的結(jié)構(gòu)
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2 j7 U6 W7 F3 O4 N& Y9 r J 2．電主軸的軸承8 u' t. G* Z+ j8 w: g0 ^) X
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/ R) p: Z' Q1 o; X* C( Z; @軸承是決定主軸壽命和承載能力的關(guān)鍵部件，其性能對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。( Q: f# p, Z" r/ N
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! {3 R- r$ m5 m* E/ m, t 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,、振動小等優(yōu)點，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,。: K" d6 Q$ C+ H$ k& w6 b3 l
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6 p: c, w) c% |5 B' @磁懸浮軸承依靠多對在圓周上互為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,，但由于價格昂貴，至今沒有得到廣泛應(yīng)用,。$ k9 ]8 L; z- \! G% J3 Y# v7 l. g
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3．電主軸的冷卻
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由于電主軸將電機集成于主軸單元中,，且其轉(zhuǎn)速很高，運轉(zhuǎn)時會產(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),。目前一般采取強制循環(huán)油冷卻的方式對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,，還必須對主軸軸承進(jìn)行合理的潤滑,。如對于陶瓷球軸承，可采用油霧潤滑或油氣潤滑方式,。3 x/ _1 c. N% H; {# q( d7 c
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( ]# c) K8 B L/ m1 h8 Q8 V+ N 4．電主軸的驅(qū)動
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7 S- P- B+ p) T3 ~3 ] 當(dāng)前,，電主軸的電動機均采用交流異步感應(yīng)電動機，由于是用在高速加工機床上,，啟動時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),，啟動轉(zhuǎn)矩大，因而啟動電流要超出普通電機額定電流5~7倍,。其驅(qū)動方式有變頻器驅(qū)動和矢量控制驅(qū)動器驅(qū)動兩種,。變頻器的驅(qū)動控制特性為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動，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),，可實現(xiàn)主軸的無級變速。矢量控制驅(qū)動器的驅(qū)動控制為：在低速端為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動,，在中,、高速端為恒功率驅(qū)動。0 l6 T' M: h. c% Z
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: Q6 t0 h: x9 j) N 5．電主軸的基本參數(shù)
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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GMN公司用于加工中心和銑床的電主軸的型號和基本參數(shù)。% J8 [( ^+ Z7 [9 p0 O2 g6 |0 Z' w
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S# i! l m! A: N* x表8-1 德國GMN公司用于加工中心和銑床的電主軸的型號和基本參數(shù)) l6 c3 A8 k) Z7 W
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) d8 Y& z: J7 J) G; T0 n- F主軸型號 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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HC120-42000/11 120 42000 11 30000 3.5 OL SK-30
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HC120-50000/11 120 50000 11 30000 3.5 OL HSK-E25
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, @ ^4 c9 n6 u4 ]% j$ n4 dHC120-60000/5.5 120 60000 5.5 60000 0.9 OL HSK-E25 0 `* l( h6 F9 z" ^) R' z9 u
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HCS150g-18000/9 150 18000 9 7500 11 G HSK-A50
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2 ?2 g$ x( R$ T& e) DHCS170-24000/27 170 24000 27 18000 14 OL HSK-A63
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HCS170-40000/60 170 40000 60 40000 14 OL HSK-A50/E50
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HCS170g-15000/15 170 15000 15 6000 24 G HSK-A63
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. W* d2 R' j! ]0 \3 SHCS170g-20000/18 170 20000 18 12000 14 G HSK-F63 ; x: C0 z. R7 V) ]
3 A; b) ?1 P. U. vHCS180-30000/16 180 30000 16 15000 10 OL HSK-A50/E50 , ~* i9 d6 H- C$ X! T1 M7 ^+ J4 v
! w( O0 j& n( X& R4 O; K. B& pHCS185g-8000/11 185 8000 11 2130 53 G HSK-A63
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HCS200-18000/15 200 18000 15 1800 OL HSK-A633
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HCS200-30000/15 200 30000 15 12000 OL HSK-A50/E50 ) \2 B) a. d# T ~
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HCS200-36000/76 200 36000 16 6000 29 OL HSK-A50/E50 : P: K1 B3 K! Z$ v( Z' i- a. X
* _ K, y. a$ L( @9 @: U1 rHCS200-36000/76 200 36000 76 25000 29 OL HSK-A50/E500 5 S- L7 q9 T. S: x+ v
' B$ Z7 c$ i* t. |' T" R' s( m
HCS200g-12000/15 200 12000 15 1800 80 G SK40
7 \8 e6 C! F# _& B1 ?6 Q
9 s1 x6 l2 b; t' CHCS230-18000/15 230 18000 15 1800 OL HSK-A63
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HCS230-18000/25 230 18000 25 3000 80 OL HSK-A63 # p" c! E7 Y9 u: V [0 ^ ]
' E3 Z( {" C' N' C+ ?* |HCS230-24000/18 230 24000 18 3150 57 OL HSK-A63 8 J- ~4 P( g* v# t2 z% Q0 O
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HCS230-24000/45 230 24000 45 7500 58 OL HSK-A633 ( j" O" U: d6 F: d- a# J
* d+ B$ T$ b: BHCS230g-12000/22 230 12000 22 2400 87 G HSK-A63 : I7 o- W0 e1 }
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HCS230g-12000/25 230 12000 25 3000 80 G HSK-A63 1 [, A v: H9 d, m, _+ j! H
) q6 ]4 Z3 g0 G3 `7 U3 M* k( pHCS230g-15000/9 230 15000 9 1220 70 G HSK-A63 z' n7 o8 B# h& b
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HCS275-20000/60 275 20000 60 10000 57 OL HSK-A63 9 W; ~4 T& ~3 a# D F
- i2 A7 I* Z( X$ k+ [( k" xHCS285-12000/32 285 12000 32 1000 306 OL HSK-A100
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HCS300-12000/30 300 12000 30 1000 286 OL HSK-A100
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4 U9 f: p* M) ?HCS300-14000/25 300 14000 25 1100 217 OL HSK-A63
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% z( f( P7 q! X- L: jHCS300g-8000/30 300 8000 30 1000 286 G HSK-A100
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6 s1 r# P7 |5 p7 g5 [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
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