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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，實現了機床的“零傳動”，具有結構緊湊、機械效率高、可獲得極高的回轉速度、回轉精度高、噪聲低、振動小等優點，因而在現代數控機床中獲得了愈來愈廣泛的應用。在國外，電主軸已成為一種機電一體化的高科技產品，由一些技術水平很高的專業工廠生產，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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1．電主軸的結構
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L5 @4 a6 \% k, V9 u0 _3 C 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、驅動模塊和冷卻裝置等組成。電機的轉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動模塊控制, 而主軸單元內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，前端的內錐孔和端面用于安裝刀具。
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9 I e7 {8 d/ f& a$ J; a圖8-7 電主軸的結構2 s. ~9 }6 K7 X0 _( @6 \
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2．電主軸的軸承' D2 f0 x! D& c! d" R* F! o
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軸承是決定主軸壽命和承載能力的關鍵部件，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。" J/ B/ ~6 a f7 K* U
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陶瓷球軸承是應用廣泛且經濟的軸承，它的陶瓷滾珠質量輕、硬度高，可大幅度減小軸承離心力和內部載荷，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。: f. {) s8 ], H3 l1 J
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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、回轉情度高、振動小等優點，用于電主軸上，可延長刀具壽命、提高加工質量和加工效率。美國Ingersoll公司在其生產的電主軸單元中主要采用其擁有專利技術的流體靜壓軸承。
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# t' _1 U% f8 V# l: H% G磁懸浮軸承依靠多對在圓周上互為180o的磁極產生徑向吸力（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。當承受載荷后，主軸空間位置會產生微小變化，控制裝置根據位置傳感器檢測出的主軸位置變化值改變相應磁極的吸力（或斥力）值，使主軸迅速恢復到原來的位置，從而保證主軸始終繞其慣性軸作高速回轉，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用。
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3．電主軸的冷卻
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8 R2 U# v7 G5 a2 u, W x, X 由于電主軸將電機集成于主軸單元中，且其轉速很高，運轉時會產生大量熱量，引起電主軸溫升，使電主軸的熱態特性和動態特性變差，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。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。另外，為了減少主軸軸承的發熱，還必須對主軸軸承進行合理的潤滑。如對于陶瓷球軸承，可采用油霧潤滑或油氣潤滑方式。 J5 T: g% L0 ]- p/ H+ d# c
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/ b, W. @* P$ D a% v! m 4．電主軸的驅動
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' V/ u% l" n* C 當前，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，輸出功率與轉矩成正比。最新的變頻器采用先進的晶體管技術(ABB公司生產的SAMIGS系列變頻器器)，可實現主軸的無級變速。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。2 \; Z1 D9 M! b$ T1 {1 W* X; H
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5．電主軸的基本參數( L2 U! P2 q5 [" b! \" V7 O! ?
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電主軸的基本參數包括：套筒直徑、最高轉速、輸出功率、轉矩和刀具接口等，其中套筒直徑為電主軸的主要參數。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。
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9 i* E* @& z K$ M. K, u/ O4 B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' J5 t" A+ K6 G4 v% H$ b- A2 ]
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主軸型號 套筒直徑/mm 最高轉速/(r/min) 輸出功率/kW 基速/(r/min) 基速轉矩/N·m 潤滑 刀具接口
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" f; h! K" g/ a4 ~* q5 F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
發表于 2010-11-30 17:57:18
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