高速电主轴设计
近10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，下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
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：1、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(C轴控制)。
(a)无矢量控制(b)有矢量控制
图1 扭矩—功率特性
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1b)，一次装夹既可实现粗加工又可进行高速精加工。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。1 电主轴的基本参数与结构布局电主轴的主要参数有：(1)主轴最高转速和恒功率转速范围：(2)主轴的额定功率和最大扭矩：(3)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。前者主要用于航空、航天等工业加工轻合金、复合材料和铸铁等零件：后者主要用于模具制造、汽车工业中高强度钢或耐热合金等难加工材料和钢件的高效加工。在设计电主轴时，还要注意选择有较好扭矩———功率特性和有足够宽调速范围的变频电动机及
其控制模块。根据主
电动机和主轴轴承
相对位置的不同，高
速电主轴有两种布
局方式：
1.编码盘
2.电主轴壳体
3.冷却水套
4.电动机定子
5.油气喷嘴
6.
电动机转子7.阶梯过盈套8.平衡盘9.角接触陶瓷球轴承
图2 GD-2型电主轴
1、 主电动机置
于主轴前、后轴承之间。图2所示是我校研制的GD-2型高速电主轴，也是一般电主轴的
基本结构形式。其优点是主轴单元的轴向尺寸较短，主轴刚度高，出力大，较适用于中、大型高速加工中心，目前大多数电主轴都采用这种结构形式。
2主电动机置于主轴后轴承之后，如图3所示，即主轴箱和主电动机作轴向的同轴布置(有的用联轴节)。这种布局方式有利于减小电主轴前端的径向尺寸，电动机的散热条件也较好。但整个主轴单元的轴向尺寸较大，常用于小型高速数控机床，尤其适合于模具型腔的高速精密加工。有关电主轴前后轴承之跨距及主轴端部伸出量，应按静刚度和动刚度的要求进行计算。
2 电主轴的主要热源及其解决办法用于铣镗类高速加工中心的电主轴运转中的发热问题始终是人们关注
的焦点。电主轴的内部有两个主要热源，一是内藏式主电动机，另一个是主轴轴承。 与一般的主轴部件不同，电主轴最突出的问题之一是内藏式高速主电动机的发热。由于主电动机旁边就是主轴轴承，电动机的发热会直接降低轴承的工作精度，如果主电动机的散热问题解决不好，还会影响机床工作的可靠性。图4所示为我校高速电主轴的外循环油% 水冷却系统。在主电动机定子的外面加一带螺旋槽的铝质外套3(图2)，机床工作时，冷却油不断在该螺旋槽中流动，从而把主电动机的热量及时、迅速地带走。冷却油的流量可按主电动机的发热量进行计算。
1.液压缸
2.拉杆
3.主轴轴承
4.碟形弹簧
5.夹头
6.主轴
7.内置电动
机图3 主电动机位于后轴承之后的电主轴
同时，主轴轴承的发热也是电主轴的
主要热源之一。由于电主轴的运转速度高，d m ·n 值大(d m —主轴前轴颈直径，mm ：n —主轴最高转速，r/min)，因此对主轴轴承的动态、热态性能有十分严格的要求。除个别超高速电主轴采用磁悬浮轴承或液体动-静压轴承以外，目前国内外绝大多数高速电主轴都采用角接触陶瓷球轴承，其滚球用Si 3N 4材料制成，直径比同规格球轴承小1/3。这种材料具有密度小、硬度高、热膨胀系数小、弹性模量大等优点，使用这种轴承可使电主轴获得运转速度高(d m ·n 值高达2×106)、温升小、刚度大、寿命长等一系列优良特性。虽然这种轴承的价格比同规格同精度等级的钢质球轴承高2～2.5倍，但其使用寿命要高3～6倍，因此其性能/价格比并不差，容易被机床设计师接受。
为了进一步降低主轴轴承的温升，GD-2电主轴上采用了油-气润滑系统，如图5所示。 实测表明，在高速运转条件下，主轴轴承的温升比油雾润滑的温升可降低9～16℃，而且随着d m ·n 值的增大，降温效果更好。 3 电主轴的动平衡设计电主轴的最高转速一般在10000r/min 以上，有的高达60000～100000r/min ，主轴运转部分微小的不平衡量，都会引起巨大的离心力，造成机床的振动，影响加工精度和表面质量。因此必须对电主轴进行严格的动平衡。主轴及主轴上的零件都要经过十分精密的加工、装配和调校，使主轴组件动平衡精度达到0.4级以上的水平。
在设计电主轴时，必须严格遵守结构对称性原则，键连接和螺纹联接在电主轴上被禁止使用。如图2所示，电动机转子与机床主轴之间用过盈配合来实现扭矩的传递，过盈量应按所传递的扭矩来计算，其值有时高达0.08～0.10mm 。主轴上轴向固定零件用的螺纹套也用与主轴有过盈配合的圆盘来代
图4 GD-2型电主轴的油-水热交换系统 1.润滑油箱 2、6.压力开关 3.定量分配器
4.喷咀
5.泵 7.压缩空气 8.电磁阀 9.时间继电 10.压力表 图5 GD-2型电主轴的油-气润滑系统
1.转子内套 2、4.端盖 3.转子硅钢片
图6 高速电主轴转子的动平衡设计
替。
设计这种过盈联接装置时，还必须考虑其拆卸的方便。如图6所示，安装硅钢片的转子内套1用铬锰弹簧钢制造，且其壁厚较小，故有较好的弹性。当需要把转子从主轴上拆卸下来时(为了更换已磨损的前轴承，见图1)，可用手提式高压泵将油从转子内套左端的小孔a压入，高压油进入内套的环形内孔e 后，即可将套1的内径胀大，这样就可把转子顺利地从主轴上拆卸下来。为了保持主轴结构的对称性，转子内套上也对称地加工了另一个小孔b。当从小孔a加压力油时，可用螺栓把小孔b堵住。
为了使转子在装配后达到精确的动平衡，除了上述对称性设计以外，还必须采取下列两个工艺措施：一是转子硅钢片3的外径D在装配前应留有一定的加工余量，当转子用热压法(转子一般加温到180～200℃)装入主轴以后，以主轴前、后轴颈为定位支承，把主轴装夹在车床上，对转子的硅钢片外圆D 进行最后的精车。另一个保证主轴动平衡的措施是在电动机转子的两个端盖2、3上，对称地加工出16～24个直径略有不同的螺纹孔c、d(M4 或M6)。当电主轴组装完毕后，根据动平衡机的测试结果，在一定的方位上，旋入相应的平衡螺丝并调节其旋入深度，直到完全达到动平衡精度后，用环氧树脂将这些平衡螺丝固化。
4 结束语电主轴作为高速数控机床最关键部件，其性能好坏在很大程度上决定了整台高速机床的加工精度和生产效率，因此各工业国家都十分关注高速电主轴的研究与发展，纷纷投入巨资，装备精良的加工和测试设备，建立恒温、洁净的装配环境，形成了不少电主轴的专业生产基地。
我国高速电主轴的设计制造技术刚刚起步，目前尚未形成批量生产规模，电主轴的各项性能指标和国外尚有较大的差距。为了加快我国高速加工技术的发展与应用，加速数控机床产品的更新换代，建议进一步组织力量对上述问题进行技术攻关，早日实现电主轴的专业化批量生产。
石油大学2012-2013学年第二学期《现代制造技术》考查 姓名 班级 学号
高速主轴单元（电主轴）的工作原理及国内外的发展状况摘要：本文介绍了有关高速电主轴的工作原理和基本结构，以及高速电主轴的关键技术，综述其应用及国内外发展状况。 关键词：主轴；润滑；轴承；机床；发展状况 1、概述 高速数控机床（CNC）是装备制造业的技术基础和发展方向之一，是装备制造业的战略性产业。高速数控机床的工作性能，首先取决于高速主轴的性能。数控机床高速电主轴单元影响加工系统的精度、稳定性及应用范围，其动力性能及稳定性对高速加工起着关键的作用。高速电主轴是高速机床的核心部件 ,它将机床主轴与电机轴合二为一 ,即将主轴电机的定子、转子直接装入主轴组件的内 部 ,也被称为内装式电主轴 ,其间不再使用皮带或齿轮传动副 ,从而实现机床主轴系统的“零传动”。具有结构紧凑、重量轻、惯性小、动态特性好等优点 ,并改善了机床的动平衡 ,避免振动和噪声 ,在超高速机床中得到了广泛的应用。随着高速加工技术的迅猛发展和广泛应用 ,各工业部门特别是航天、航空、汽车、摩托车和模具加工等行业 ,对高速度、高精度数控机床的需求与日俱增。这迫切需要开发出更加优质的高速电主轴。高速电主轴是一套组件 ,它包括电主轴及其一些附件 :电主轴、高速变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置 ,因此它融合了高速轴承技术、冷却技术、润滑等技术。高速轴承技术是高速电主轴技术中很关键的技术。 2、电主轴的工作原理、典型结构及优点 2.1电主轴的工作原理 电主轴就是直接将空心的电动机转子装在主轴上，定子通过冷却套固定在主轴箱体孔内，形成一个完整的主轴单元，通电后转子直接带动主轴运转。 2.2电主轴的典型结构 电主轴单元典型的结构布局方式是电机置于主轴前、后轴承之间（如图所示），其优点是主轴单元的轴向尺寸较短，主轴刚度大，功率大，较适合于大、中型高速数控机床；其不足是在封闭的主轴箱体内电机的自然散热条件差，温升比较高。
高速电主轴技术 乔志敏 S1203027 摘要:通过阐述了高速电主轴的发展历程、高速电主轴的结构以及高速电主轴设计制造过程中的关键技术，分析了高精度、高转速电主轴对数控机床性能的影响。实践证明，采用高速加工技术可以解决机械产品制造中的诸多难题，能够获得特殊的加工精度和表面质量，高精度高转速电主轴功能部件，对提高数控机床的性能具有极大的影响。 关键词：高速电主轴；高精度；数控机床 Abstract: Based on the development of high-speed motorized spindle and the main str ucture of the motorized and the key technologies in the manufacturing process of high -speed motorized spindle, it analyzes the high precision, high speed electric spindle of influence on the performance of the numerical control machine. Practice has proved t hat high-speed processing technology can solve many problems in the manufacturing of mechanical products, and it can obtain special machining accuracy and surface qual ity. High precision and high speed motorized spindle features have a great impact on t he performance of CNC machine tools . Keywords: high-speed motorized spindle, high precision, CNC machine
高速电主轴及其结构报告 姓名：周李念 学号： 班级：机自实验04班 重庆大学机械工程学院
高速电主轴及其结构 周李念 （重庆大学机械工程学院机自实验04班） 摘要：高速加工能显著地提高生产率、降低生产成本和提高产品加工质量，是制造业发展的重要趋势，也是一项非常有前景的先进制造技术。实现高速加工的首要条件是高质量的高速机床，而高速机床的核心部件是高速电主轴单元，它实现了机床的“零传动”，简化了结构，提高了机床的动态响应速度，是一种新型的机械结构形式，其性能好坏在很大程度上决定了整台机床的加工精度和生产效率。 关键词：高速加工；电主轴；结构设计 1 高速电主轴概述 高速电主轴最早是用于磨削机床加工，逐步发展到加工中心电主轴及其他各行业机床主轴.典型的磨削电主轴的结构如图1 所示，传统的主轴一般是通过传动带、齿轮来进行传动驱动，而电主轴的驱动是将异步电机直接装入主轴内部，通过驱动电源直接驱动主轴进行工作，以实现机床主轴系统的零传动，形成“直接传动主轴”.从而减少中间皮带或者齿轮机械传动等环节，实现了机械与电机一体的主轴单元.电主轴不但减少了中间环节存在的打滑、振动和噪音的因素，也加速了主轴在高速领域的快速发展，成为满足高速切削，实现高速加工的最佳方案，其高转速、高精度、高刚性、低噪音、低温升、结构紧凑、易于平衡、安装方便、传动效率高等优点，使它在超高速切削机床上得到广泛的应用［1］. . 1 转轴；2 前轴承组；3 定子部件；4 转子部件；5 后轴承组；6 进-出水孔；7 进油孔；8 接线座；9 出油孔 图1 电主轴结构简图 高速电主轴的优点： 高速电主轴取消了由电机驱动主轴旋转工作的中间变速和传动装置（如齿轮、皮带、联轴节等），因此高速电主轴具有如下优点： （1）主轴由内装式电机直接驱动，省去了中间传动环节，机械结构简单、紧凑， 噪声低，主轴振动小，回转精度高，快速响应性好，机械效率高； （2）电主轴系统减少了高精密齿轮等关键零件，消除了齿轮传动误差，运行时更加平稳； （3）采用交流变频调速和矢量控制技术，输出功率大，调速范围宽，功率—扭矩特性好，可在额定转速范围实现无级调速，以适应各种负载和工况变化的需要； （4）可实现精确的主轴定位，并实现很高的速度、加速度及定角度快速准停，动态精度和稳定性好，可满足高速切削和精密加工的需要； （5）大幅度缩短了加工时间，只有原来的约 1/4； （6）加工表面质量高，无需再进行打磨等表面处理工序；
永磁同步电主轴技术与应用 摘要： 伴随着高速高效高精加工技术的飞速发展，高端数控机床针对电主轴的技术需求深度和广度都不断拓展。特别是近几年来，基于永磁同步电机的电主轴技术与产品得到了快速的发展和广泛的应用。本文结合笔者在电主轴技术研究和产品开发过程中所涉及的关键技术问题，尤其是永磁同步电机在高速电主轴系统中的应用问题进行了广泛深入的探讨，希望以此对国内永磁同步电主轴产品技术开发与推广应用有所促进。 一、引言 高速高精高效加工，是数控机床永恒的追求目标和发展趋势。高效率需要高速度，在航空零件加工中尤为突出。飞机机身结构件的典型零件有梁、筋、肋板、框、壁板、接头、滑轨等类零件。且以扁平件、细长件、多腔件和超薄壁隔框结构件为主。毛坯为板材、锻件和铝合金挤压型材，90％以上为铝合金件。材料利用率仅为5％-10％左右，原材料去除量非常大大（1）。材料去除量大，在粗加工阶段，需要主轴具备足够的转矩输出能力，满足大吃刀切削。整理结构，多腔超博，又需要用小刀具清根，修光。小刀具则需要主轴有足够高的转速，以满足刀具的切削速度需求。因此，航空铝合金零件的加工就需要机床主轴不但具备低速大转矩输出，同时又能在小刀具加工时具备足够高（20000rpm以上）的工作转速。 在磨具加工行业，近年来大量使用的高速雕铣机，在高速电主轴的助推下，利用小刀具的微刀痕特点，大大提高了各种材质模具制造的精度和速度。随着雕铣机床的进一步发展，雕铣机也逐渐进入零件加工领域，因此对主轴的低速输出转矩也提出较高的要求。 平板电脑、苹果手机等高端电子消费品的快速发展，是当今时代最大的亮点之一。这类日用电子消费品，更新速度之快，不但让人眼花缭乱，而且使数控钻攻中心机得以急速发展。这类机床除了具备现代数控机床的基本特征外，必须具备在6000rpm以上高速刚性攻丝的能力。 综合上述三个典型的行业需求，需要数控机床电主轴同时具备三种特点，低速大转矩输出、20000rpm以上的工作转速、可以高速刚性攻丝。永磁同步电主轴则是同时具备这三个特征的最佳电主轴产品。本文就是通过对永磁同步电主轴基本结构，关键技术，以及在不同机床领域里的应用介绍，希望大家对永磁同步电主轴能有比较全面的认识和借鉴。 二、永磁同步电主轴的基本结构及其特点 永磁同步电主轴与传统电主轴的最大区别是采用了稀土永磁同步电机作为主轴的驱动动力源，除此之外，基本结构与异步电机驱动的电主轴结构基本相同。图1为典型的雕铣机用异步电主轴结构，图2为典型的雕铣机用永磁同步电主轴结构。两者结构上最大的区别是图1中的9为感应式鼠笼转子，图2中的16为稀土永磁转子。另外，图2中的20为编码器，是为了较高的速度控制精度而增加的速度和位置反馈元件。
电主轴的工作原理、典型结构及优点 打印引用发布时间：2010-04-25 电主轴是高速数控加工机床的“心脏部件”，本文介绍了电主轴的工作原理、典型结构，阐述了电主轴的关键技术，总结了其发展趋势. 1、概述 由于高速加工不但可以大幅度提高加工效率，而且还可以显著提高工件的加工质量，所以其应用领域非常广泛，特别是在航空航天、汽车和模具等制造业中。于是，具有高速加工能力的数控机床已成为市场新宠。目前，国内外各著名机床制造商在高速数控机床中广泛采用电主轴结构，特别是在复合加工机床、多轴联动、多面体加工机床和并联机床中。电主轴是高速数控加工机床的“心脏部件”，其性能指标直接决定机床的水平，它是机床实现高速加工的前提和基本条件。 2、电主轴的工作原理、典型结构及优点 2.1 电主轴的工作原理 电主轴就是直接将空心的电动机转子装在主轴上，定子通过冷却套固定在主轴箱体孔内，形成一个完整的主轴单元，通电后转子直接带动主轴运转。 2.2电主轴的典型结构 电主轴单元典型的结构布局方式是电机置于主轴前、后轴承之间（如图所示），其优点是主轴单元的轴向尺寸较短，主轴刚度大，功率大，较适合于大、中型高速数控机床；其不足是在封闭的主轴箱体内电机的自然散热条件差，温升比较高。 1主轴箱体 2冷却套 3冷却水进口 4定子 5转子 6套筒 7冷却水出口 8转轴 9反馈装置 10主轴前轴承 11主轴后轴承 2.3电主轴的优点 电主轴省去了带轮或齿轮传动，实现了机床的“零传动”，提高了传动效率。电主轴的刚性好、回转精度高、快速响应性好，能够实现极高的转速和加、减速度及定角度的快速准停（C轴控制），调速范围宽。 3、电主轴的关键技术 “电主轴”的概念不应简单理解为只是一根主轴套筒，而应该是一套组件，包括：定子、转子、轴承、高速变频装置、润滑装置、冷却装置等。因此电主轴是高速轴承技术、润滑技术、冷却技术、动平衡技术、精密制造与装配技术以及电机高速驱动等技术的综合运用。 3.1电主轴的高速轴承技术 实现电主轴高速化精密化的关键是高速精密轴承的应用。目前在高速精密电主轴中应用的轴承有精密滚动轴承、液体动静压轴承、气体静压轴承和磁悬浮轴承等，但主要是精密角接触陶瓷球轴承和精密圆柱滚子轴承。液体动静压轴承的标准化程度不高；气体静压轴承不适合于大功率场合；磁悬浮轴承由于控制系统复杂，价格昂贵，其实用性受到限制。
目录 第一章绪论 ................................................................................................................................... - 1 -1.1 高速铣钻床概述...................................................................................................................... - 1 - 1.1.1 高速铣钻床发展概况 ................................................................................................. - 1 - 1.1.2 高速铣钻床结构 .......................................................................................................... - 2 -1.2 高速电主轴研究现状及特点............................................................................................... - 3 - 1.2.1 高速电主轴发展历史与现状.................................................................................... - 3 - 1.2.2 高速电主轴分类及特点............................................................................................. - 4 -1.3 高速电主轴调速系统结构组成 .......................................................................................... - 5 -1.4 本论文的主要研究内容........................................................................................................ - 6 -第二章高速电主轴调速系统控制原理 ................................................................................. - 7 -2.1 高速电主轴结构及负载特性............................................................................................... - 7 - 2.1.1 高速异步电主轴结构及组成.................................................................................... - 7 - 2.1.2 高速电主轴负载特性分析 ........................................................................................ - 8 -2.2 高速电主轴控制策略............................................................................................................. - 9 - 2.2.1 高速电主轴V/F控制............................................................................................... - 10 - 2.2.2 调速系统SVPWM调制.........................................................................................- 11 - 2.2.3 调速系统技术方案 ................................................................................................. - 13 -2.3 本章小结 ................................................................................................................................. - 17 -第三章 60000r/min主轴调速系统硬件电路设计............................................................ - 19 - 3.1 调速系统整体电路设计...................................................................................................... - 19 -3.2 调速系统控制单元电路设计............................................................................................. - 20 - 3.2.1 高速A/D转换电路设计.......................................................................................... - 20 - 3.2.2 快速光耦隔离电路设计........................................................................................... - 22 -3.3 调速系统功率单元电路设计............................................................................................. - 23 - 3.3.1 驱动电路设计............................................................................................................. - 23 - 3.3.2 三相全控桥电路设计 ............................................................................................... - 27 - 3.3.3 芯片供电电路设计.................................................................................................... - 28 - 3.3.4 保护电路设计............................................................................................................. - 29 - 3.3.5 外部输入接口电路.................................................................................................... - 30 - III
高速电主轴的内部结构说明 高速主轴单元主要有高速电主轴，气动主轴和水动主轴。其中高速电主轴最为常见，高速电主轴单元是高速加工机场中最为关键的部件之一。目前大多数电主轴结构都是把加工主轴与电机转轴做成一体，以实现零传动。同时电机外壳带有冷却系统，高速电主轴主要有带冷却系统的壳体，定子、转子、轴承等部分组成，工作时通过改变电流的频率来实现增减速度。由于高速电主轴要实现高速运转，以下几个零部件质量直接影响着高速电主轴的性能。 （1）转轴是高速电主轴的主要回转体。他的制造精度直接影响电主轴的最终精度。成品转轴的形位公差尺寸精度要求很高，转轴高速运转时，由偏心质量引起震动，严重影响其动态性能，必须对转轴进行严格动平衡测试。部分安装在转轴上的零件也应随转轴一起进行动平衡测试。 （2）高速电主轴的核心支撑部件是高速精密轴承。因为电主轴的最高转速取决于轴承的功能、大小、布置和润滑方法，所以这种轴承必须具有高速性能好、动负荷承载能力高、润滑性能好、发热量小等优点。近年来，相继开发了动静压轴承、陶瓷轴承、磁浮轴承。动静压轴承具有很高的刚度和阻尼，能大幅度提高加工效率、加工质量、延长寿命，降低加工成本；而且这种寿命为半无限长。磁浮主轴的高速性能好、精度高、容易实现诊断和在线监控。但这种主轴由于电磁测控系统复杂，价格十分昂贵，而且长期居高不下，至今未能得到广泛应用。目前市场上应用最广泛的就是陶瓷轴承，一般的角接触陶瓷轴承内外圈都是钢圈，滚动体是陶瓷材料。陶瓷具有密度小，刚度好，热膨胀系数小等优点。而且在理论计算和接触疲劳试验和压碎试验表明，混合式陶瓷轴承首先失效的是钢圈而不是陶瓷球。由于前面三种轴承理论寿命均为无穷大，特别是磁悬浮轴承还具有自动调节偏心等优点，在未来超高速机床市场上，随着技术的发展，磁悬浮轴承应是发展方向。而在一般的高速加工机床中，混合式陶瓷轴承或纯陶瓷轴承也将具有广泛的使用场合。 （3）润滑系统 采用良好的润滑系统对高速电主轴性能有着重要的影响。典型的润滑方法是采用油雾润滑或气油混合物润滑。前者主是把润滑油雾化在对轴承进行润滑，润滑油不可再回收，对空污染较严重。后者是直接把润滑油利用高压空气吹进轴承，润滑作用的同时还起到散热的作用。(end) 文章内容仅供参考() ()(2010-7-1) 本文由无锡汽车租赁https://www.doczj.com/doc/9912769968.html, 奶茶店加盟https://www.doczj.com/doc/9912769968.html, 联合整理发布
高速电主轴技术的现状与发展趋势高速数控机床（CNC）是装备制造业的技术基础和发展方向之一，是装备制造业的战略性产业。高速数控机床的工作性能，首先取决于高速主轴的性能。数控机床高速电主轴单元影响加工系统的精度、稳定性及应用范围，其动力性能及稳定性对高速加工起着关键的作用。 1、高速电主轴对数控机床的发展以及金属切削技术的影响 对于数控机床模块化设计、简化机床结构、提高机床性能方面的作用： (1)简化结构，促进机床结构模块化 电主轴可以根据用途、结构、性能参数等特征形成标准化、系列化产品，供主机选用，从而促进机床结构模块化。 (2)降低机床成本，缩短机床研制周期 一方面，标准化、系列化的电主轴产品易于形成专业化、规模化生产，实现功能部件的低成本制造；另一方面，采用电主轴后，机床结构的简单化和模块化，也有利于降低机床成本。此外，还可以缩短机床研制周期，适应目前快速多变的市场趋势。 (3)改善机床性能，提高可靠性 采用电主轴结构的数控机床，由于结构简化，传动、连接环节减少，因此提高了机床的可靠性；技术成熟、功能完善、性能优良、质量可靠的电主轴功能部件使机床的性能更加完善，可靠性得以进一步提高。 (4)实现某些高档数控机床的特殊要求 有些高档数控机床，如并联运动机床、五面体加工中心、小孔和超小孔加工机床等，必须采用电主轴，方能满足完善的功能要求。 2、促进了高速切削技术在机械加工领域的广泛应用 电主轴系由内装式电机直接驱动，以满足高速切削对机床“高速度、高精度、高可靠性及小振动”的要求，与机床高速进给系统、高速刀具系统一起组成高速切削所需要的必备条件。电主轴技术与电机变频、闭环矢量控制、交流伺服控制等技术相结合，可以满足车削、铣削、镗削、钻削、磨削等金属切削加工的需要。采用高速加工技术可以解决机械产品制造中的诸多难题，取得特殊的加工精度和
高速电主轴技术 摘要:通过阐述了高速电主轴的发展历程、高速电主轴的结构以及高速电主轴设计制造过程中的关键技术，分析了高精度、高转速电主轴对数控机床性能的影响。实践证明，采用高速加工技术可以解决机械产品制造中的诸多难题，能够获得特殊的加工精度和表面质量。高精度高转速电主轴功能部件，对提高数控机床的性能具有极大的影响。 关键词：高速电主轴；高精度；数控机床 The Technology of High-speed Motorized Spindle Abstract:Based on the development of high-speed motorized spindle and the main structure of the motorized and the key technologies in the manufacturing process of high-speed motorized spindle,it analyzes the high precision, high speed electric spindle of influence on the performance of the numerical control machine. Practice has proved that high-speed processing technology can solve many problems in the manufacturing of mechanical products, and it can obtain special machining accuracy and surface quality. High precision and high speed motorized spindle features have a great impact on the performance of CNC machine tools . Keywords: high-speed motorized spindle, high precision, CNC machine tools 1 高速电主轴的发展历程 早在20世纪50年代，就已出现了用于磨削小孔的高频电主轴，当时的变频器采用的是真空电子管，虽然转速高，但传递的功率小，转矩也小。随着高速切削发展的需要和功率电子器件、微电子器件和计算机技术的发展，产生了全固态元件的变频器和矢量控制驱动器，加上混合陶瓷球轴承的出现使得20世纪50年代末、90年代初的时候出现了用于铣削、钻削、加工中心及车削等加工的大功率、大转矩、高转速的电主轴。 国外高速电主轴技术发展较快，中等规格加工中心的主轴转速目前己普遍达到10000r/min甚至更高。1976年美国V ought公司首次推出一台超高速铣床，采用了Bryant 内装式电机主轴系统最高转速达到了20000r/min，功率为15KW，到90年代末期，电主轴发展的水平达到了转速20000r/min ,功率40KW，（即所谓的“40-40水平”）。2001年美国Cincinnati公司为宇航工业生产了SuperMach 大型高速加工中心，其电主轴最高转速达60000r/min，功率为80KW。 从80年代中后期以来，商品化的超高速切削机床不断出现，超高速机床从单一的超高速铣床发展成为超高速车铣床、钻铣床乃至各种加工中心等。德国、美国、瑞士、英国、法国、日本也相继推出了自己的超高速机床。其中日本工业界善于汲取各国的研究成果并及时应用到新产品开发中去，尤其在超高速切削
高速电主轴设计 近10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，下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 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：1、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(C轴控制)。 (a)无矢量控制(b)有矢量控制 图1 扭矩—功率特性
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1b)，一次装夹既可实现粗加工又可进行高速精加工。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。1 电主轴的基本参数与结构布局电主轴的主要参数有：(1)主轴最高转速和恒功率转速范围：(2)主轴的额定功率和最大扭矩：(3)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。前者主要用于航空、航天等工业加工轻合金、复合材料和铸铁等零件：后者主要用于模具制造、汽车工业中高强度钢或耐热合金等难加工材料和钢件的高效加工。在设计电主轴时，还要注意选择有较好扭矩———功率特性和有足够宽调速范围的变频电动机及 其控制模块。根据主 电动机和主轴轴承 相对位置的不同，高 速电主轴有两种布 局方式： 1.编码盘 2.电主轴壳体 3.冷却水套 4.电动机定子 5.油气喷嘴 6. 电动机转子7.阶梯过盈套8.平衡盘9.角接触陶瓷球轴承 图2 GD-2型电主轴
高速加工电主轴设计 摘要：本文拟设计一种铰接式电主轴高速平面移动机构，它可以在相同机械参数的条件下大幅度降低运动部件的质量，提高移动速度和加速度。为配合这种机床的研究而设计与其相配套的电主轴系统。本文重点研究了电主轴用高速精密轴承的选用，支撑跨距的计算，主轴部件的校核，以及润滑冷却系统的设计。 关键词：电主轴高速加工高速轴承支撑跨距 Abstract Now intends to design a kind of articulated motorized spindle high-speed planar moving mechanism，which can be in the same conditions of mechanical parameters reduce the quality of the moving parts and increase the speed of movement and acceleration. To cope with this kind of machine tool research and design and matching of the motorized spindle system. This paper mainly studies on the selection of motorized spindle with high speed precision bearings, The calculation of support span, Spindle assembly check and Lubrication and cooling system design. Key Words：Motorized spindle High-speed machining High-speed bearing supported span 1.课题研究背景 以高切削速度、高进给速度、高加工精度为主要特征的高速加工技术是当代四大先进制造技术之一。高速加工不仅意味着切削速度要快，而且移动部件的速度和加速度也要快。要提高移动部件的速度和加速度，必须提高驱动系统的驱动力或减小移动部件质量。提高驱动力得到的效果并不明显而且费用很高，减小移动部件的质量是一个新的研究方向。 现在拟设计一种铰接式电主轴高速平面移动机构，它可以在相同机械参数的条件下大幅度降低运动部件的质量提高移动速度和加速度。而电主轴的结构紧凑、重量轻、惯性小、振动小、噪声低及响应迅速等优点正好符合高速加工的特点。但是，现有的电主轴系统都是建立在十字滑台的基础上的，它无法与铰接式的高速移动机构正确安装，故为配合这种铰接式的高速移动机床设计，在借鉴已有电主轴技术的基础上重新设计一种可以与铰接式移动机构配合安装的高速电主轴系统。 2.电主轴结构方案设计 本课题做设计的电主轴是用于铰接式高速移动机床上的，要尽量减轻电主轴的质量，且主轴所要求的输出功率和扭矩较大，故选用电机置于前、后轴承之间的结构形式。 电主轴的结构示意图如图2.1所示。
意大利进口高速电机图纸 意大利YSA（中国）有限公司 Introduction of Italy YSA company ItalyYSA company for many years has always insisted on their own way, the pursuit of excellence , not only in the production process, products and services and efforts have been in the pursuit of custo mer satisfaction, the harmony of inside and outside the company&＃ 39;s shareholders, and sustainable development goals. YSA always put quality as the top priority. As early as the beginning of the 90&＃ 39;s, the company has established its quality management system in accordance with the highest intern ational standards, and in 2000 to obtain ISO9000 certification. Entire firm, whether from personal development or to create value, will be the basic elements of qu ality as a measure of quality. 一、YSA高速电机系列 1.YSA雕刻电机系列 *功率：0.37KW-11KW *频率：50HZ，100HZ，200HZ ，300HZ， 400HZ *转速：3000转/6000/12000/18000/24000 *电压：220V/380V IP55绝缘保护 *冷却方式：风冷（同轴风扇）（独立风扇） *旋转方向：顺旋，反转， *高精度，高转速，低跳动，安装灵活多样， *广泛应用：各种材料，木材，铝材，塑料，石材，玻璃，金属，的雕刻，切削应用等。 2.YSA切割电机系列 3.YSA封边高速系列 4.YSA抛光高速系列 5.YSA自动换刀系列 二、HSD主轴系列产品 详细的产品信息以及图纸请向公司技术人员咨询 YSA（中国）事业中心
电主轴系统 Renaud(赫诺)——来自瑞士的优质电主轴 一、加工中心用（镗铣、雕铣、车铣）电主轴 本体直径：80-350mm 额定功率：2-120kW 最高转速：8000-50000rpm 额定扭矩：1.0N.m—800N.m 换刀方式：手动、气动、液压/BT、ISO、HSK、CAT、SK、 ER等 轴承润滑：油脂润滑、油气润滑 其他配置：法兰、编码器、中心出水、端面环喷、温度传 感器、位移传感器 振动传感器、在线动平衡系统……（部分为可 选配置） 二、内、外径高速研磨电主轴 本体直径：50-170mm 额定功率：0.8-40kW 最高转速：7000-150000rpm 额定扭矩：0.05-50N.m 换刀方式：手动、气动、液压/内螺纹、外锥面、BT、ISO、 HSK、CAT、SK等 轴承润滑：油脂润滑、油气润滑 其他配置：法兰、编码器、中心出水、端面环喷、温度传 感器、位移传感器 振动传感器、在线动平衡系统……（部分为可选 配置）
三、雕刻机、雕铣机高速电主轴 本体直径: 38-120mm 额定功率：0.8-12kW 最高转速：5000-70000rpm 额定扭矩：0.5-5N.m 换刀方式：手动、气动/ER、SK、BT、ISO、HSK 等 润滑方式：油脂润滑 连接方式：夹持式 其他配置：温度传感器、位移传感器、振动传 感器…… 四、砂轮修整电主轴 本体直径: 72mm 额定功率：0.7kW 最高转速：15200rpm 额定扭矩：0.5N.m 换刀方式：手动/DIA40 润滑方式：油脂润滑 连接方式：夹持式 其他配置：温度传感器、位移传感器、振动传 感器…… 五、部分特有电主轴
机械制造技术基础课题论文 论文题目：高速电主轴及结构
摘要 高速加工技术，作为现代制造加工技术的重要组成部分，由于其具有非常高的加工效率，同时更能保证加工零件的加工精度与加工质量，必然会成为未来金属切削加工的发展方向。而要实现高速加工，高速加工中心则是其必备的基础装备。高速电主轴作为高速加工中心的核心功能部件，其结构与性能的好坏直接决定了高速加工中心的整体工作性能。虽然高速电主轴的结构较为简单，但其制造所需要的要求极高。 本文先介绍高速电主轴的技术难点，就高速电主轴的主轴电机、动平衡、轴承、冷却方式和夹持方式进行了分析。重点分析了高速轴承在高速电主轴中的重要作用，然后对比了各种轴承和轴承的润滑和冷却方式。然后对高速电主轴在国内外现状进行分析，最后根据自己的理解，分析高速电主轴的发展方向。 关键词：高速电主轴，轴承，润滑，冷却，夹持机构
目录 1高速切削加工技术的应用及发展 (1) 2高速电主轴及其结构 (1) 3高速电主轴的关键技术 (2) 3.1.1主轴电机 (2) 3.2高速轴承 (3) 3.2.1轴承类型 (3) 3.2.2轴承整体布局 (3) 3.2.3轴承的布置 (4) 3.2.4轴承的预紧 (4) 3.2.5润滑方式 (5) 3.3电主轴动平衡技术 (5) 3.4冷却方式 (6) 3.5夹持系统 (6) 3.5.1HSK刀具夹持系统 (6) 3.5.2KM 刀具夹持系统 (7) 4高速电主轴的现状及展望 (8) 4.1高速电主轴现状 (8) 4.1.1国外高速电主轴现状 (8) 4.1.2国内高速电主轴现状 (8) 4.1.3国内外高速电主轴对比 (9) 4.2高速电主轴发展趋势 (9)
数控机床高速电主轴技术综述报告 引言 近年来，随着高速加工技术的迅猛发展和广泛应用，各工业部门，特别是航天、汽车和模具加工等行业，对高速度、高精度数控机床的需求迅猛增长。传统的滚动轴承主轴结构难以满足数控机床的高转速、高精度的要求。高度电主轴作为高速机床的核心部件，其研究进展对数控机床技术的发展影响很大。 一、高速电主轴的概念 电主轴是在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，它与直线电机技术、高速刀具技术一起，把高速加工推向一个新时代。电主轴是一套组件，它包括电主轴本身及其附件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置等。电动机的转子直接作为机床的主轴，主轴单元的壳体就是电动机机座，并且配合其他零部件，实现电动机与机床主轴的一体化。 目前，随着电气传动技术（变频调速技术、电动机矢量控制技术等）的迅速发展和日趋完善，高速数控机床主传动系统的机械结构已得到极大的简化，基本上取消了带轮传动和齿轮传动。机床主轴由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”。这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此可做成“主轴单元”，俗称“电轴”(ElectricSpindle,Motor Spindle)。由于当前电主轴主要采用的是交流高频电动机，故也称为“高频主轴”（High FrequencySpindle)。由于没有中间传动环节，有时又称它为“直接传动主轴”（Direct Drive Spindle)。 二、高速电主轴的结构组成
高速电主轴单元包括动力源、主轴、轴承和机架四个主要部分，是高速机床的核心部件。这四个部分构成一个动力学性能及稳定性良好的系统，在很大程度上决定了机床所能达到的切削速度、加工精度和应用范围。高速电主轴单元的性能取决于主轴的设计方法、材料、结构、轴承、润滑冷却、动平衡、噪声等多项相关技术，其中一些技术又是相互制约的，包括高速和高刚度的矛盾、高速和大转矩的矛盾等。 从目前发展现状来看，电主轴单元形成独立的单元而成为功能部件以方便地配置到多种加工中心及高速机床上，是高速、高效、高精度数控机床发展的一种趋势。电主轴技术包括主轴机械体、高速主轴轴承、无外壳主轴电机及其控制模块、润滑冷却系统、主轴刀柄接口和刀具夹紧方式以及刀具动平衡等。 电主轴结构图 三、高速电主轴的特点分析 3.1与传统机床相比 电主轴技术是因高速切削技术（HSC）的需要应运而生的。高速切削技术与传统切削相比，具有：加工时间短，只有原来的1/4；加工表面质量高，不用再进行
一万七千转高速电机电主轴定制 天一精密 高速电主轴工作原理及应用 随着新世纪的到来，现代机械制造业正朝着高精度、高速度、高效率的方向快速发展，这对加工机床提出了更高的要求，这需要一个高速主轴组件系统.电主轴具有结构紧凑、重量轻、惯性小、振动小、噪声低、响应快等优点。它可以减少齿轮传动，简化机床的形状设计，易于实现主轴的定位。它是高速主轴单元的理想结构. 高速电主轴是一种功能部件，种类繁多，用途广泛。对电主轴的要求主要有以下几个方面： 主要内容如下： 1、这是目前最流行的高速切削要求。 2、机床市场竞争日益激烈，这就要求电主轴的模块化和简单化。 3、加工复杂表面的要求，也要求电主轴结构紧凑，空间小。 一、电主轴的基本结构和工作原理。 高速主轴单元是高速加工机床最关键的部件，高速主轴单元的主要类型是电主轴、气动主轴和水动主轴。"不同类型的输出功率相差很大，高速加工机床主轴需要在很短的时间内实现提升速度，并在指定位置快速准确地停止工作。这就要求主轴具有高的减速，如果通过皮带这样的中间环节，不仅会在高速下打滑、产生振动和噪音，而且还会增加转动惯量，这将给机床的快速准确停车带来很大困难。目前，高速机床的主轴大多采用内置式主轴电机的集成主轴单元，即所谓的内置电主轴(内置式主轴)，简称为"电主轴"。它采用无壳电机，将电机定子与主轴单元壳体内的冷却套装配在一起，并将转子的旋转部分与机床的主轴集成在一起。主轴的变速范围完全由变频交流电机控制，使变频电机与机床主轴结合在一起。 2.高速电主轴的结构特点，为了获得良好的动态性能和使用寿命，必须仔细设计和制造高速电主轴的每一部分。 高速电主轴基本结构原理主要结果如下： (1)轴壳是高速电主轴的主要部件，轴壳的尺寸精度和定位精度直接影响主轴的综合精度。轴承座孔通常直接设计在轴壳上。电主轴是附加的电机定子，必须打开一端。大型或特种电主轴，可在轴壳两端设计成开口型。高速、大功率、超高速电主轴的转子直径往往大于轴承外径。为了控制整机的装配精度，后轴承安装部分应设计为无间隙配合。