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發布時間:2021-10-05 07:02  
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高速電主軸的特點:它具有高轉速、高精密、噪聲低、低溫升、體積小、安裝方便等特點,是現代數控機床主要的關鍵部件。它與早年應用于內圓磨床的內裝式電機主軸的區別是采用了變頻調速技術,主軸有較大的驅動功率和轉矩,并有一系列主軸振動、軸承溫升等參數的傳感器及其檢測控制系統。因此電主軸及驅動系統是一種技術含量很高的機電一體化產品,涉及機械、電機、驅動與控制、支承、潤滑、材料熱處理及振動等諸多領域,是一套相對獨立、完整的智能型功能部件。高速運轉的電主軸的主軸形式是將主軸電機的定子、轉子直接裝入主軸組件的內部,即把高速電機置于精密主軸內部,電主軸的電機轉子就是主軸,主軸的殼體就是電機的機座,實現了變頻調速電機和主軸一體,電機直接驅動主軸,形成電主軸。電主軸取消了電機到主軸傳動鏈中的齒輪、皮帶等一切中間環節,動力源對主軸的直接傳動,傳動鏈長度為零,實現了機床主軸系統的“零傳動”。增重法是近年來為適應高速主軸發展需要而開發出的一種新型平衡方法。高速主軸單元主要有高速電主軸,氣動主軸和水動主軸。其中高速電主軸常見,高速電主軸單元是高速加工機場中關鍵的部件之一。目前大多數電主軸結構都是把加工主軸與電機轉軸做成一體,以實現零傳動。同時電機外殼帶有冷卻系統,高速電主軸主要有帶冷卻系統的殼體,定子、轉子、軸承等部分組成,工作時通過改變電流的頻率來實現增減速度。
電主軸的電動機均采用交流異步感應電動機,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萬轉乃至數十萬轉,啟動轉矩大,因而啟動電流要超出普通電機額定電流5~7倍。其驅動方式有變頻器驅動和矢量控制驅動器驅動兩種。變頻器的驅動控制特性為恒轉矩驅動,輸出功率與轉鉅成正比。機床目前一般采取強制循環油冷卻的方式對電主軸的定子及主軸軸承進行冷卻,即將經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,帶走主軸高速旋轉產生的熱量。機床的變頻器采用先進的晶體管技術,可實現主軸的無級變速。機床矢量控制驅動器的驅動控制為在低速端為恒轉矩驅動,在中、高速端為恒功率驅動。
數控機床一般采用直流或交流主軸伺服電動機實現主軸無級變速。交流主軸電動機及交流變頻驅動裝置(籠型感應交流電動機配置矢量變換變頻調速系統),由于沒有電刷,不產生火花,所以使用壽命長,且性能已達到直流驅動系統的水平,甚至在噪聲方面還有所降低。因此,目前應用較為廣泛。主軸傳遞的功率或轉矩與轉速之間的關系。當機床處在連續運轉狀態下,主軸的轉速在437~3500r/min范圍內,主軸傳遞電動機的全部功率11kW,為主軸的恒功率區域Ⅱ(實線)。軸承潤滑的目的是減少軸承內部摩擦及磨損,防止燒粘,延長疲勞壽命,排出摩擦熱,冷卻。在這個區域內,主軸的大輸出扭矩(245N.m)隨著主軸轉速的提高而變小。主軸轉速在35~437r/min范圍內,主軸的輸出轉矩不變,稱為主軸的恒轉矩區域Ⅰ(實線)。在這個區域內,主軸所能傳遞的功率隨著主軸轉速的降低而減小。圖中虛線所示為電動機超載(允許超載30min)時,恒功率區域和恒轉矩區域。電動機的超載功率為15kW,超載的大輸出轉矩為334N.m。