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當(dāng)前位置：1、電主軸的結(jié)構(gòu)形式
根據(jù)電動(dòng)機(jī)在主軸上安裝位置的不同，電主軸通常有下面兩種結(jié)構(gòu)形式：電動(dòng)機(jī)安裝在主軸前后軸承之間。即該類(lèi)電主軸有前后兩個(gè)支承。采用這種結(jié)構(gòu)的電主軸，由于其軸向尺寸相對(duì)較小，使得主軸的整體剛性好、功率也大。所以，這種結(jié)構(gòu)形式的電主軸非常適用于高速數(shù)控機(jī)床。電動(dòng)機(jī)安裝在主軸后軸承之后。也就是說(shuō)主軸電動(dòng)機(jī)和主軸箱都在主軸的軸線方向上布置。采用這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以有效地縮短主軸前端的徑向尺寸，同時(shí)還有利于電機(jī)的散熱。缺點(diǎn)是主軸的軸向尺寸比較大。所以，這種結(jié)構(gòu)形式的電主軸通常用在小型高速數(shù)控機(jī)床上。
2、主軸電機(jī)
電動(dòng)機(jī)作為高速電主軸的關(guān)鍵部件之一，其技術(shù)參數(shù)的高低直接決定了電主軸的技術(shù)水平。目前，可供電主軸使用的電動(dòng)機(jī)主要有兩種：交流同步電機(jī)和異步電機(jī)。交流異步電機(jī)與同步電機(jī)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格適宜、極限轉(zhuǎn)速高、維修便利、控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單。交流同步電機(jī)與異步電機(jī)相比，具有的優(yōu)點(diǎn)是：在相同的扭矩下，電機(jī)體積較小，從而可以使電主軸具有緊湊型的機(jī)械結(jié)構(gòu);在相同的慣性矩下，啟動(dòng)時(shí)間短;在相同的力矩下，冷卻功率較高;在相同的轉(zhuǎn)速下，功率和扭矩都比較大;轉(zhuǎn)子功率損耗小，可以使軸承和轉(zhuǎn)子的溫升較小。通過(guò)對(duì)二者優(yōu)點(diǎn)的對(duì)比可知，同步電機(jī)更適用于高速電主軸。由于同步電機(jī)的功率因數(shù)高，損耗的功率小，可以從根本上降低電主軸的熱源強(qiáng)度，從而有效地改善電主軸的熱態(tài)性能。
3、主軸軸承
軸承作為高速電主軸的又一關(guān)鍵部件，是電主軸實(shí)現(xiàn)高速、高精度的前提條件。因此，我們?cè)跒殡娭鬏S選擇合適的軸承時(shí)，要充分考慮到主軸軸承與普通軸承的差異性。主軸軸承作為電主軸的支承核心，在電主軸進(jìn)行高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)受到比較大的載荷，同時(shí)軸承內(nèi)部的摩擦也在加劇。所以，在選擇電主軸軸承的時(shí)候，必須考慮該軸承是否能達(dá)到電主軸的極限轉(zhuǎn)速，同時(shí)對(duì)軸承的剛度和低溫升也有極高的要求。在綜合分析各種軸承的性能之后，總結(jié)出兩種電主軸最常使用的軸承：陶瓷球軸承和磁懸浮軸承。
陶瓷球軸承
陶瓷球軸承，是伴隨著電主軸的高速化要求而發(fā)展起來(lái)的。普通的滾動(dòng)軸承，由于其滾動(dòng)體是鋼珠，極大地制約了軸承轉(zhuǎn)速的提高，而將滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體用具有耐高溫、密度小等優(yōu)點(diǎn)的陶瓷材料做成后，滾動(dòng)軸承的極限轉(zhuǎn)速得到了巨大的提高。在滾動(dòng)軸承眾多的結(jié)構(gòu)形式中，由于角接觸球軸承的高速性能最高，又可以同時(shí)承受徑向負(fù)荷和軸向負(fù)荷，所以它是電主軸支承的首選。與此同時(shí)，當(dāng)角接觸球軸承的滾動(dòng)體使用陶瓷材料后，其壽命和轉(zhuǎn)速與鋼珠角接觸球軸承相比均有較大幅度的提高，而且它還具有剛度大、溫升小的優(yōu)點(diǎn)。所以角接觸陶瓷球軸承是目前電主軸最理想的主軸軸承。
磁懸浮軸承
磁懸浮軸承，作為一種智能化控制的軸承，是隨著現(xiàn)代機(jī)械加工對(duì)電主軸功率和轉(zhuǎn)速要求提高的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，由于它具有很高的轉(zhuǎn)速和功率，目前主要應(yīng)用于超高速大功率機(jī)床上。由于磁懸浮軸承的定子線圈與轉(zhuǎn)軸之間沒(méi)有機(jī)械接觸，所以磁懸浮軸承可以達(dá)到很高的轉(zhuǎn)速，大約是滾動(dòng)軸承主軸轉(zhuǎn)速的 2 倍。如果兩個(gè)電主軸的極限轉(zhuǎn)速相同，采用磁懸浮軸承的電主軸可以有較大的軸徑，從而具有較大的負(fù)荷能力與剛度。總而言之，使用磁懸浮軸承的電主軸會(huì)具備高剛度、高轉(zhuǎn)速和高功率的優(yōu)點(diǎn)。但是，由于磁懸浮軸承制造費(fèi)用高，發(fā)熱問(wèn)題較難解決。所以至今仍沒(méi)在工業(yè)上得到推廣和應(yīng)用，只是用于一些特定的場(chǎng)合。
電主軸軸承的配置方式為：一端固定，一端浮動(dòng)。具體來(lái)說(shuō)，就是主軸前端的軸承固定，后端的軸承浮動(dòng)。這種軸承的配置方式一方面可以保證電主軸的高速性與整體剛度，另一方面可以補(bǔ)償主軸的熱變形。
4、電主軸潤(rùn)滑
軸承潤(rùn)滑的主要目的就是利用潤(rùn)滑劑在套圈、滾動(dòng)體和保持架之間的摩擦面形成起隔離作用的潤(rùn)滑油膜以降低軸承的磨損與摩擦，確保其良好的運(yùn)轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，潤(rùn)滑對(duì)軸承還具有一定的散熱作用。
5、電主軸冷卻系統(tǒng)
由于電主軸在高速的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，其內(nèi)置電機(jī)與高速軸承的發(fā)熱是無(wú)法避免的。因此，在選定了電主軸的電機(jī)與軸承之后，我們已不可能從降低熱源的發(fā)熱強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電主軸發(fā)熱和溫升的控制。所以，為了達(dá)到對(duì)電主軸內(nèi)部熱源發(fā)熱量的控制，必須設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的冷卻系統(tǒng)對(duì)電主軸的主要熱源進(jìn)行針對(duì)性的冷卻。我們知道，電機(jī)與軸承是電主軸的主要熱源，因此，對(duì)電主軸的冷卻就是對(duì)內(nèi)置電機(jī)和主軸軸承的冷卻。由于高速軸承油氣潤(rùn)滑系統(tǒng)中的潤(rùn)滑劑在對(duì)軸承起到潤(rùn)滑作用的同時(shí)，也帶走了軸承內(nèi)部摩擦所產(chǎn)生的大量熱，所以對(duì)軸承的發(fā)熱起到了一定程度的散熱作用。其實(shí)軸承的油氣潤(rùn)滑系統(tǒng)可謂是一舉兩得，不僅有潤(rùn)滑作用，同時(shí)也擁有冷卻散熱的作用，也是電主軸軸承的一個(gè)冷卻系統(tǒng)。
