數(shù)控機(jī)床高速電主軸技術(shù)綜述報(bào)告

數(shù)控機(jī)床高速電主軸技術(shù)綜述報(bào)告

引言

近年來，隨著高速加工技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，各工業(yè)部門，特別是航天、汽車和模具加工等行業(yè)，對(duì)高速度、高精度數(shù)控機(jī)床的需求迅猛增長(zhǎng)。傳統(tǒng)的滾動(dòng)軸承主軸結(jié)構(gòu)難以滿足數(shù)控機(jī)床的高轉(zhuǎn)速、高精度的要求。高度電主軸作為高速機(jī)床的核心部件，其研究進(jìn)展對(duì)數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展影響很大。

一、高速電主軸的概念 電主軸是在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù)，它與直線電機(jī)技術(shù)、高速刀具技術(shù)一起，把高速加工推向一個(gè)新時(shí)代。電主軸是一套組件，它包括電主軸本身及其附件：電主軸、高頻變頻裝置、油霧潤(rùn)滑器、冷卻裝置、內(nèi)置編碼器、換刀裝置等。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子直接作為機(jī)床的主軸，主軸單元的殼體就是電動(dòng)機(jī)機(jī)座，并且配合其他零部件，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸的一體化。

目前，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，因此可做成“主軸單元”，俗稱“電軸”(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)。

二、高速電主軸的結(jié)構(gòu)組成

高速電主軸單元包括動(dòng)力源、主軸、軸承和機(jī)架四個(gè)主要部分，是高速機(jī)床的核心部件。這四個(gè)部分構(gòu)成一個(gè)動(dòng)力學(xué)性能及穩(wěn)定性良好的系統(tǒng)，在很大程度上決定了機(jī)床所能達(dá)到的切削速度、加工精度和應(yīng)用范圍。高速電主軸單元的性能取決于主軸的設(shè)計(jì)方法、材料、結(jié)構(gòu)、軸承、潤(rùn)滑冷卻、動(dòng)平衡、噪聲等多項(xiàng)相關(guān)技術(shù)，其中一些技術(shù)又是相互制約的，包括高速和高剛度的矛盾、高速和大轉(zhuǎn)矩的矛盾等。

從目前發(fā)展現(xiàn)狀來看，電主軸單元形成獨(dú)立的單元而成為功能部件以方便地配置到多種加工中心及高速機(jī)床上，是高速、高效、高精度數(shù)控機(jī)床發(fā)展的一種趨勢(shì)。電主軸技術(shù)包括主軸機(jī)械體、高速主軸軸承、無外殼主軸電機(jī)及其控制模塊、潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)、主軸刀柄接口和刀具夾緊方式以及刀具動(dòng)平衡等。

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