电主轴设计的几个关键问题
张世珍①刘炳业②范晋伟①常文芬②
（①北京工业大学机电工程学院，北京１０００２２；
②北京机床所精密机电有限公司，北京１００１０２）
摘要：论述用于立式加工中心的电主轴设计时轴承的合理选择，使用有限元分析了２００００ｒ／ｍｉｎ主轴的固有频率特性以及电动机和轴承发热对主轴精度的影响，完成了高速主轴单元的结构设计。
关键词：加工中心高速电主轴
ＳｅｖｅｒａｌＫｅｙＰｏｉｎｔｓｉｎＭｏｔｏｒｉｚｅｄＳｐｉｎｄｌｅＤｅｓｉｇｎ
ＺＨＡＮＧＳｈｉｚｈｅ①②，ＬＩＵＢｉｎｇｙｅ②，ＦＡＮＪｉｎｗｅｉ①，ＣＨＡＮＧＷｅｎｆｅｎ②
（①ｎｅＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆ＡｐｐｌｉｅｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２２，ＣＨＮ；＠）ＢＭＴＩＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１０２，ＣＨＮ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐａｐｅｒｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｃｈｏｉｃｅｏｆｂｅａｒｉｎｇｗｈｅｎｄｅｓｉｇｎｉｎｇｔｈｅｍｏｔｏｒｉｚｅｄｓｐｉｎｄｌｅｕｓｅｄｆｏｒｖｅｒｔｉｃａｌｍａｃｈｉ－ｎｉｎｇｃｅｎｔｅｒ，ａｎａｌｙｓｅｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｆｒｅｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆ２００００ｒ／ｍｉｎｓｐｉｎｄｌｅａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｈｅａｔｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｍｏｔｏｒａｎｄｂｅａｒｉｎｇｏｎｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｅｓｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄｓｐｉｎｄｌｅｕｎｉｔ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＭａｃｈｉｎｉｎｇＣｅｎｔｅｒ；Ｈｉｇｈ－－ｓｐｅｅｄＭｏｔｏｒｉｚｅｄＳｐｉｎｄｌｅ
高速加工技术是指以比常规切削速度高５—１０倍的速度进行加工的一项先进制造技术，近２０年来在工业发达国家得到迅猛发展，在工业各部门特别是航空航天、汽车工业、模具加工和摩托车工业等领域获得广泛应用。进入上世纪９０年代，一批又一批的高速加工中心和其他各类高速数控机床相继投放国际市场，高速大功率数控机床的需求量正与日俱增。高速大功率的内装电动机主轴单元（以下简称电主轴）作为高速机床的核心功能部件，是完成高速加工的战略性关键，其性能指标直接决定机床的发展水平，因此研制开发高速、高效、高精度、大功率、大扭矩和高可靠性电主轴具有很好的市场前景。本文以用于立式加工中心的２００００ｒ／ｍｉｎ电主轴为例，介绍高速高刚性电主轴结构设计的几个关键技术。
１电主轴基本结构特点
电主轴是将空心的电动机转子直接热装于高精度的主轴零件上，定子热装于冷却套上，形成一个完整的主轴单元，如图１。通电后定子直接驱动主轴运转，结构简单紧凑，功率损耗小，转动惯量小，快速响应好，能够实现高速、高加速度及定向停止（ｃ轴控制），采用交流变频调速和矢量控制电气驱动，实现宽调速。
图１电主轴结构图
２高速高刚性轴承的确定
立式加工中心的主轴，一般情况６０％的时间用于铣削平面，承受径向力，４０％的时间用于钻孔，承受轴向力。就高速而言，目前高精密主轴轴承的ｄ。ｎ值可达到２８０万。为实现主轴转速２００００ｒ／ｍｉｎ，选ｄａｎ值大于１８０万的轴承作前后支承。
２．１轴承型式的确定
主轴前轴承选用低发热超高速角接触球轴承，轴承组合方式为四列背对背中间加隔套方式。，有效作用
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