高速電主軸的關(guān)鍵技術(shù)
電主軸是一種技術(shù)含量很高、高精密、高轉(zhuǎn)速的機(jī)電一體化產(chǎn)品，涉及到機(jī)械、電氣、控制、潤(rùn)滑、冷卻、振動(dòng)和材料，以及熱處理、超精密加工和超精密裝配等諸多方面的工藝技術(shù)。高速電主軸生產(chǎn)技術(shù)的突破，極大地推動(dòng)了世界高速加工技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。
在高速電主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，良好的電動(dòng)機(jī)性能，合理地選配軸承，采取減小振動(dòng)的各項(xiàng)措施，設(shè)計(jì)有效的冷卻系統(tǒng)，以及確定主軸零件與電動(dòng)機(jī)定子的過(guò)盈配合量等，是電主軸設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)。
電動(dòng)機(jī)性能是電主軸的核心，正確設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)的電磁參數(shù)十分重要。首先，其磁通密度要高，以增大單位體積的出功率，縮小定轉(zhuǎn)子體積；其次，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和電氣特性，需要與高速加工相適應(yīng)，以滿足機(jī)床在寬調(diào)范圍內(nèi)功率和轉(zhuǎn)矩的要求；再次，轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。
支承的合理選用與配置是電主軸設(shè)計(jì)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。采用何種支承主要根據(jù)工作轉(zhuǎn)速、工作載荷來(lái)選擇。在適合于高速電主軸的軸承中，常用陶瓷軸承、動(dòng)靜壓軸承和磁懸?。ù帕Γ┹S承。在DmN值不高且要求高剛度的情況下，可考慮選用鋼質(zhì)滾珠軸承；在高轉(zhuǎn)速下對(duì)剛度要求不高的情況下，可選用動(dòng)靜壓軸承；陶瓷軸承具有良好的高速性能，剛度較高，用此采用的場(chǎng)合較多；另外，為保證軸承在高速條件下具有良好的工作性能，必須采取對(duì)軸承進(jìn)行冷卻、潤(rùn)滑、預(yù)緊等措施，潤(rùn)滑方式有油脂潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑、油氣潤(rùn)滑等，其中以油氣潤(rùn)滑適應(yīng)高速效果最好。預(yù)緊量的選擇可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算獲得。
解決高速、高效、高精度工作狀態(tài)下的發(fā)熱、振動(dòng)是電主軸的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。電主軸的熱源除切削熱外，主要是定子、轉(zhuǎn)子發(fā)熱和軸承發(fā)熱。電主軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)的定子直接安裝在殼體內(nèi)，這對(duì)電動(dòng)機(jī)的散熱很不利。發(fā)熱引起的熱變形將導(dǎo)致電主軸乃至機(jī)床喪失精度。因此電主軸必須有冷卻系統(tǒng)來(lái)保證電主軸及機(jī)床恒溫。此外，電主軸由于轉(zhuǎn)速高，任何不平衡量都會(huì)引起振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲，影響主軸平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。振動(dòng)問(wèn)題的解決，取決于動(dòng)平衡的精度，即對(duì)各回轉(zhuǎn)零件進(jìn)行動(dòng)平衡和對(duì)所有回轉(zhuǎn)件裝配于主軸之上后進(jìn)行整體動(dòng)平衡，使其達(dá)到規(guī)定的平衡精度要求。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上主要采用兩端加裝動(dòng)平衡環(huán)。
主軸零件與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的過(guò)盈配合量應(yīng)合理確定。為保證高速切削，主軸應(yīng)具有良好的運(yùn)轉(zhuǎn)精度和傳動(dòng)能力，其零部件需具有良好的加工精度、表面質(zhì)量及裝配精度。且為達(dá)到準(zhǔn)確的動(dòng)平衡，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子與機(jī)床主軸之間采用無(wú)鍵過(guò)盈聯(lián)接，并由此具備足夠傳遞轉(zhuǎn)矩的能力。過(guò)盈量的大小直接影響電主軸的性能，過(guò)盈量過(guò)大會(huì)使主軸裝配困難，影響裝配精度，甚至破壞配合表面 ；過(guò)盈量過(guò)小則會(huì)影響主軸傳遞轉(zhuǎn)矩的性能。
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