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隨著電氣傳動技術(變頻調(diào)速技術、電動機矢量控制技術等)的迅速發(fā)展和日趨完善,高速數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的機械結構已得到極大的簡化,基本上取消了帶輪傳動和齒輪傳動。機床主軸由內(nèi)裝式電動機直接驅(qū)動,從而把機床主傳動鏈的長度縮短為零,實現(xiàn)了機床的"零傳動"。,這種"主軸單元"主軸電動機與機床主軸"合二為一"的傳動結構形式使主軸部件從機床的傳動系統(tǒng)和整體結構中相對獨立出來,又稱"電主軸"(ElectricSpindle,Motor Spindle)。由于當前電主軸主要采用的是交流高頻電動機,故也稱為"高頻主軸"(High FrequencySpindle)。由于沒有中間傳動環(huán)節(jié),有時又稱它為"直接傳動主軸"(Direct Drive Spindle)。

主要用途

數(shù)控機床 ●機電設備

微型電機 ●壓力轉子

電主軸通常采用動靜壓軸承、復合陶瓷軸承或電磁懸浮軸承。

動靜壓軸承具有很高的剛度和阻尼,能大幅度提高加工效率、加工質(zhì)量、延長刀具壽命、降低加工成本,這種軸承壽命多半無限長。

復合陶瓷軸承在電主軸單元中應用較多,這種軸承滾動體使用熱壓Si3N4陶瓷球,軸承套圈仍為鋼圈,標準化程度高,對機床結構改動小,易于維護。

電磁懸浮軸承高速性能好,精度高,容易實現(xiàn)診斷和在線監(jiān)控,但是由于電磁測控系統(tǒng)復雜,這種軸承價格十分昂貴,而且長期居高不下,沒有得到廣泛應用。

高速電機技術

電主軸是電動機與主軸融合在一起的產(chǎn)物,電動機的轉子即為主軸的旋轉部分,理論上可以把電主軸看作一臺高速電動機。關鍵技術是高速度下的動平衡;

結構說明及油氣潤滑

電主軸是一個高精度的執(zhí)行元件,而影響電主軸回轉精度的主要因素有:

①主軸誤差 主要包括主軸支承軸頸的圓度誤差、同軸度誤差(使主軸軸心線發(fā)生偏斜)和主軸軸頸軸向承載面與軸線的垂直度誤差(影響主軸軸向竄動量)

② 軸承誤差

軸承誤差包括滑動軸承內(nèi)孔或滾動軸承滾道的圓度誤差,滑動軸承內(nèi)孔或滾動軸承滾道的波度,滾動軸承滾子的形狀與尺寸誤差,軸承定位端面與軸心線垂直度誤差,軸承端面之間的平行度誤差,軸承間隙以及切削中的受力變形等。

③ 主軸系統(tǒng)的徑向不等剛度及熱變形

從以上可以看出影響電主軸回轉精度的主要原因就是軸承磨損,軸及接觸面磨損。為了保證我們的電主軸能在保證精度的情況下正常工作,我們就要盡可能的降低軸承相關部位的磨損率,而降低磨損的主要方式就是潤滑,對軸承進行潤滑處理,保證良好的潤滑及冷卻效果。因此選擇合理正確的潤滑方式是保證電主軸正常工作的重要條件。

油氣潤滑裝置使用在電主軸上面被普遍認可,俗稱"電主軸油氣潤滑裝置"。電主軸油氣潤滑裝置通俗的解釋就是,油跟隨氣體的流動而往前運動。氣體在運動過程中,會帶動附著在管壁上面的少量油滴進入到兩邊的傳動軸承,噴灑到摩擦面上的是帶有油滴的油氣混合體。這種潤滑裝置不僅經(jīng)濟、環(huán)保、快速、高效,更重要的是油滴適中,不會造成因油量過多軸承無法散熱,也不會造成因油量過多,軸承在高速旋轉過程中產(chǎn)生背壓,避免了電主軸負載增加,更不會產(chǎn)生竄動現(xiàn)象。

冷卻裝置

為了盡快給高速運行的電主軸散熱,通常對電主軸的外壁通以循環(huán)冷卻劑,冷卻裝置的作用是保持冷卻劑的溫度。

內(nèi)置脈沖編碼器

為了實現(xiàn)自動換刀以及剛性攻螺紋,電主軸內(nèi)置一脈沖編碼器,以實現(xiàn)準確的相角控制以及與進給的配合。

自動換刀裝置

為了應用于加工中心,電主軸配備了自動換刀裝置,包括碟形簧、拉刀油缸等;

高速刀具的裝卡方式

廣為熟悉的BT、ISO刀具,已被實踐證明不適合于高速加工。這種情況下出現(xiàn)了HSK、SKI等高速刀具。

高頻變頻裝置

要實現(xiàn)電主軸每分鐘幾萬甚至十幾萬轉的轉速,必須用一高頻變頻裝置來驅(qū)動電主軸的內(nèi)置高速電動機,變頻器的輸出頻率必須達到上千或幾千赫茲。

普通變頻為標量驅(qū)動和控制,其驅(qū)動控制特性為恒轉矩驅(qū)動,輸出功率和轉速成正比。普通變頻控制的動態(tài)性能不夠理想,在低速時控制性能不佳,輸出功率不夠穩(wěn)定,也不具備C軸功能。但價格便宜、結構簡單,一般用于磨床和普通的高速銑床等。

矢量控制技術模仿直流電動機的控制,以轉子磁場定向,用矢量變換的方法來實現(xiàn)驅(qū)動和控制,具有良好的動態(tài)性能。矢量控制驅(qū)動器在剛啟動時具有很大的轉矩值,加之電主軸本身結構簡單,慣性很小,故啟動加速度大,可以實現(xiàn)啟動后瞬時達到允許極限速度。這種驅(qū)動器又有開環(huán)和閉環(huán)兩種,后者可以實現(xiàn)位置和速度的反饋,不僅具有更好的動態(tài)性能,還可以實現(xiàn)C軸功能;而前者動態(tài)性能稍差,也不具備C軸功能,但價格較為便宜。

直接轉矩控制是繼矢量控制技術之后發(fā)展起來的又一種新型的高性能交流調(diào)速技術,其控制思想新穎,系統(tǒng)結構簡潔明了,更適合于高速電主軸的驅(qū)動,更能滿足高速電主軸高轉速、寬調(diào)速范圍、高速瞬間準停的動態(tài)特性和靜態(tài)特性的要求,已成為交流傳動領域的一個熱點技術。

2、每次對電主軸更換刀具時,操作員必須要將壓帽卡頭擰下,不能使用直接插拔刀具的方法換刀!

操作員要養(yǎng)成一個習慣,在卸刀后要將卡頭和壓帽清理干凈。

3、每天開機后操作員必須檢查電主軸的冷卻水流地工作狀態(tài),要檢查水泵是否正常工作,要檢查冷卻水是否被水垢、微生物污染,要檢查管路狀態(tài)是否正常,必須要保證冷卻水正常循環(huán)!嚴禁在電主軸內(nèi)無冷卻水通過的情況下開啟電主軸!只有在正常冷卻的前提下電主軸才能處于良好的工作狀態(tài)。如果水管有死彎造成水流不暢或有污垢堵塞管道,就會造成電主軸無法正常工作,并會影響加工效果。