高速电主轴设计制造中若干问题的探讨
张伯霖夏红梅黄晓明
（广东工业大学）
摘要探讨了电主轴的优良特性，介绍了基本参数和结构类型的选择，分析了电主轴的两大内部热源：内置电动机和主轴轴承。提出了降低电主轴温升的两大措施：电动机外循环油冷和陶瓷球轴承及其油!气润滑，讨论了高速电主轴动平衡设计的原理与方法。
关键词高速加工数控机床主传动系统电主轴
近"#年随着高速加工技术的迅猛发展和日益广
泛的应用，各工业部门，特别是航空航天、汽车工业、模
具加工和摩托车工业等，对高速数控机床的需求量与
日俱增。美、日、德、意和瑞士等工业发达国家已生产
了多种商品化高速机床，表"列出了近几年在国际机
床市场上出现的几种著名品牌的高速加工中心。
表!新型高速加工中心
制造厂家（国别）机床名称和型号
主轴最高
转速
（$%&’(）
最大进给
速度
（&%&’(）
主轴驱动
功率
（)*）
+’(,’(-.’/’0-,$1(（美）/-2’&3##型
卧式加工中心
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6(78$9100（美）:;/5##型高速
卧式加工中心
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:@/<##型
高速立式加工中心
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卧式加工中心
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加工中心
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加工中心
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一般说来，高速机床都是数控机床和精密机床，其传动结构的最大特点是实现了机床的“零传动”［"］。从机床的主传动系统来看，这种传动方式取消了从主电动机到主轴之间一切中间的机械传动环节（如皮带、齿轮、离合器等），实现了主电动机与机床主轴的一体化。这种传动方式有以下优点：
（"）机械结构最为简单，传动惯量小，因而快速响应性好，能实现极高的速度、加（减）速度和定角度的快速准停（+轴控制）。
（4）采用交流变频调速和矢量控制的电气驱动技术，输出功率大，调速范围宽。有比较理想的扭矩———功率特性（图"N），一次装夹既可实现粗加工又可进行高速精加工。
图"扭矩—功率特性
（G）实现了主轴部件的单元化，可独立做成标准化的功能部件，并由专业厂进行系列化生产。机床主机厂只需根据用户的不同要求进行选用，可很方便地组成各种性能的高速机床，符合现代机床设计模块化的发展方向。
电主轴的机械结构虽然比较简单，但制造工艺的要求却非常严格。这种结构还带来一系列新的技术难题，诸如内置电动机的散热、高速主轴的动平衡、主轴支承及其润滑方式的合理设计等问题，必须妥善地得到解决，才能确保主轴稳定可靠的高速运转，实现高效精密加工。本文结合我校高速电主轴的研制实践，探讨铣镗类高速大功率电主轴设计与制造中的有关问题。
!电主轴的基本参数与结构布局
电主轴的主要参数有：
（"）主轴最高转速和恒功率转速范围；（4）主轴的额定功率和最大扭矩；（G）主轴前轴颈直径和前后轴承的跨距等。其中主轴最高转速、前轴颈直径和额定功率是基本参数。电主轴通常装备在高速加工中心上，在设计电主轴时要根据用户的工艺要求，采用典型零件统计分析的方法来确定这些参数。机床厂对同一尺寸规格的高速机床，一般会分两大类型，即“高速型”和“高刚度型”分别进行设计。前
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