第7章电主轴的测试仪器
现代机械设备发展的一个明显的趋势是向大型化、高速化、连续化和自动化方向发展。现代的高速电主轴组成和结构越来越复杂，功能越来越强大，性能和指标越来越高，同时，对设备的测试和维修要求越高，对检测高速电主轴的仪器要求越来越精确。目前，对高速电主轴主要进行以下几个方面的检测。
7.1高速电主轴的回转精度测试[1]～[3]
[1]许可. 基于虚拟仪器LabVIEW的高速电主轴性能测试研究[D].哈尔滨工业大学,2013.
[2]陈长浩. 主轴运动精度的测试与研究[D].北京工业大学,2010.
[3]杨钢. 高速电主轴回转精度及静刚度测试研究[D].重庆大学,2008.
高速电主轴的回转精度，通常是指高速电主轴在加工的过程中，理想状态下的回转中心线与现实情况下的回转中心线不重合。理想状态下的回转中心线，是一条保持不变的直线。而现实中，由于振动，热温等原因，电主轴的回转中心有所偏移。偏离程度可以描述出电主轴在回转过程中的回转误差。
主轴回转精度作为机床或仪器轴系工作性能与质量的重要指标，是影响精密加工和测量精度的主要因素，测量和辨识主轴回转误差，是评定机床和仪器精度的主要工作。
电主轴偏离的运动过程中，有三种形式：径向运动、轴向运动和倾角运动。具体如下：
（1）径向运动是指转子在回转过程中的径向相对其理想轴线平行并沿着径向平移运动，也叫做径向跳动。这种运动会导致教工过程中径向加工质量和精度的降低。实际工况中尤其对铣削、磨削工序的影响较大，而对车削影响较小，仅
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影响对圆的加工这种情况；
（2）轴向运动是指转子在回转过程中的轴向相对其理想轴的平移运动，也叫做轴向窜动。和径向运动相反，这种运动不会影响径向加工表面，在实际工况中对铣削、磨削工序的影响较小，而对车削过程的端面加工精度和质量影响较大。
（3）倾角运动是指转子在回转过程中的轴相对理想回转轴线形成某一变化的角度。这种运动对轴向和径向的加工都有影响,其影响沿着轴向与径向都是不一样的，倾角误差运动产生的最大径向误差是位于轴的某一端面，即角度摇摆半径的最大位置。
然而，在实际测量转子的回转精度过程中，可以测量出在产生最大误差的工作界面上的回转精度，即为整个轴线回转精度最大值。对于倾角误差运动的测试，可以测试两个不同的截面的径向位移，在进行处理就可以得到角度摆动误差。因此，对电主轴三种类型的回转精度测试只需要测试电主轴某截面的径向回转误差测试和端面的轴向回转误差测试即可。
随着科学技术不断的快速发展，机床主轴回转精度测试也在不断升级。高速电主轴的回转精度的测量常用方法有三种，分别为：打表测量法、单向测量法、双向测量法。
（1）打表测量法
打表测量法，是最早的、简单的、容易操作的方法，既可以测试电主轴某截面的径向回转误差，也可以测试端面的轴向回转误差，在现在许多工厂依然在使用，但精度有待提高。通常可以使用仪器表（千分尺）直接测试电主轴回转精度，也可以使用测量试件来评定主轴回转误差，测试示意图如图7.1所示，某企业的几何精度检测如表7.1。工厂使用的仪器表如图7.2所示。
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(a) 径向回转误差测试（b）端面的轴向回转精度测试
图7.1 打表测量法
图7.2 测试仪器
表7.1 几何精度检测标准
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（2）单向测量法
单向测量法，是将一个位移传感器安装在回转面的一个方向上，如图7.3所示，常见的位移传感器如图7.4所示。利用传感器对该方向上的连续采集数据，根据转动频率绘制以角变化量为自变量的位移-角度曲线，加上基圆，按照旋转角度展开程一个圆图像。单向测量法，只适用于具有敏感方向的主轴转精度的测量。
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电主轴的介绍 1.概括：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。高速主轴单元的类型主要有电主轴、气动主轴、水动主轴等。不同类型的高速主轴单元输出功率相差较大。 2.电主轴的结构：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。 3. 优点：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，而且转速高、功率大，简化机床设计，易于实现主轴定位，是高速主轴单元中的一种理想结构。电主轴轴承采用高速轴承技术，耐磨耐热，寿命是传统轴承的几倍。 4.电主轴的融合技术： 高速轴承技术 电主轴通常采用动静压轴承、复合陶瓷轴承或电磁悬浮轴承。 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、延长刀具寿命、降低加工成本，这种轴承寿命多半无限长。 复合陶瓷轴承目前在电主轴单元中应用较多，这种轴承滚动体使用热压Si3N4陶瓷球，轴承套圈仍为钢圈，标准化程度高，对机床结构改动小，易于维护。 电磁悬浮轴承高速性能好，精度高，容易实现诊断和在线监控，但是由于电磁测控系统复杂，这种轴承价格十分昂贵，而且长期居高不下，至今没有得到广泛应用。 高速电机技术 电主轴是电动机与主轴融合在一起的产物，电动机的转子即为主轴的旋转部分，理论上可以把电主轴看作一台高速电动机。关键技术是高速度下的动平衡； 润滑
电主轴的润滑一般采用定时定量油气润滑；也可以采用脂润滑，但相应的速度要打折扣。所谓定时，就是每隔一定的时间间隔注一次油。所谓定量，就是通过一个叫定量阀的器件，精确地控制每次润滑油的油量。而油气润滑，指的是润滑油在压缩空气的携带下，被吹入陶瓷轴承。油量控制很重要，太少，起不到润滑作用；太多，在轴承高速旋转时会因油的阻力而发热。 冷却装置 为了尽快给高速运行的电主轴散热，通常对电主轴的外壁通以循环，冷却装置的作用是保持冷却剂的温度。 高速刀具的装卡方式 广为熟悉的BT、ISO刀具，已被实践证明不适合于高速加工。这种情况下出现了HSK、SKI等高速刀具。 高频变频装置 要实现电主轴每分钟几万甚至十几万转的转速，必须用一高频变频装置来驱动电主轴的内置高速电动机，变频器的输出频率必须达到上千或几千赫兹。 电主轴的运动控制 在数控机床中，电主轴通常采用变频调速方法。目前主要有普通变频驱动和控制、矢量控制驱动器的驱动和控制以及直接转矩控制三种控制方式。 普通变频为标量驱动和控制，其驱动控制特性为恒转矩驱动，输出功率和转速成正比。普通变频控制的动态性能不够理想，在低速时控制性能不佳，输出功率不够稳定，也不具备C轴功能。但价格便宜、结构简单，一般用于磨床和普通的高速铣床等。 矢量控制技术模仿直流电动机的控制，以转子磁场定向，用矢量变换的方法来实现驱动和控制，具有良好的动态性能。矢量控制驱动器在刚启动时具有很大的转矩值，加之电主轴本身结构简单，惯性很小，故启动加速度大，可以实现启动后瞬时达到允许极限速度。这种驱动器又有开环和闭环两种，后者可以实现位置和速度的反馈，不仅具有更好的动态性能，还可以实现C轴功能；而前者动态性能稍差，也不具备C轴功能，但价格较为便宜。 直接转矩控制是继矢量控制技术之后发展起来的又一种新型的高性能交流调速技术，其控制思想新颖，系统结构简洁明了，更适合于高速电主轴的驱动，更能满足高速电主轴高转速、宽调速范围、高速瞬间准停的动态特性和静态特性的要求，已成为交流传动领域的一个热点技术。 5.电主轴的发展趋势：随着机床技术、高速切削技术的发展和实际应用的需要，对机床电主轴的性能也提出了越来越高的要求，
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
NAKANISHI 原NSK 品牌全係列高速主轴马达,手动研磨产品,该品牌产品分机械装着用和手动研磨用二大类,机械装着用主轴马达主要适用于PCB行业和机加工行业,转速从2000转/分-200000转/分不等,适合PCB行业打孔和机加工行业高精度钻,铣,研磨等工艺。手动研磨类产品适用于模具行业修补,研磨,抛光等工艺有适合不同工艺和产品的手动研磨机,超声波割刀和超音波研磨机。 PCB行业钻靶机及金手指斜边机常用型号: NR-453E NR-403E NR-3060S EM-405 EM-3060 NR50-5100ATC NR40-5100ATC EM25N-5000-J4 NRR-3060 EMS-3060K NR-3060S EM-3060J EM30-S6000 NE211 NE212 等型号,夹头尺寸3.0 3.175 等可选配部分产品常备库存 机加工行业:适合小孔径研削,钻孔内外圆研磨等转速2000-200000/分不等 ABS-400 ABS-800 HES800-BT30 HES800-BT40 HES800-BT50 NR-303 NR-403E NR-453E NR-3060S MSST-2308R AMS-600 等型号,刀柄夹头可选 手动研磨系列适合模具修补,研磨,抛光等工艺 ESP-603 NSP-601 Emax 系列0-30000转/分EL351C-IR10 NE129 NK351 NLS-100 LS-100 EL261C-IR10 等夹头可选配 Espert 500 系列转速可调0-50000转/分 Es50T-HR NE96 ES50C-HR ENK50C-HR ENK50T-HR 超音波研磨装置SHEENUS 系列超音波研磨机超音波割刀 超音波研磨机US-25PBS NE240 US-25PB 超音波割刀NE80 US-15CB US-15CBT US-15CBS 以上为日本NSK NAKANISHI 中西制作所部分产品型号
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。
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。
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/9c2515581.html, 奶茶店加盟https://www.doczj.com/doc/9c2515581.html, 联合整理发布
电主轴参数详解 1、主轴产品名称由组成为：安装尺寸-类别代号-主参数-设计序列号安装尺寸：指主轴与机床或主机的配合尺寸，一般指外径。 类别代号反映产品的用途和特点，由2?4位英文字母组成，从前往后分别代表主轴驱动方 式、应用领域、外形代号等含义。 2、应用方式说明： E——内装电机驱动主轴，即电主轴 M――皮带或连轴器驱动主轴，即机械主轴 3、应用领域说明 C――车床用主轴 X――铳床用主轴 Z――钻床用主轴 N——拉辗用主轴 M——磨床用主轴 S――试验机用驱动主轴 L 离心机用主轴 T――特殊用图主轴 4、外形代号说明 F――外形带法兰的主轴 H――电机后置式主轴 Y――其它异形主轴 5、主参数说明 主参数段由数字和一小写英文字母组成，总位数为3?4位，表示电主轴额定转速和润滑方 式，转速以kr/min表示；字母有g、m、a等，分别代表油脂、油雾、油气等润滑方式。 6、设计序列号说明 主轴代号最后一段为设计序号（可以没有），设计序号有1个英文字母或字母+数字组成, 以A、B、C…（后述特殊字母除外）顺序英文字母表示。 举例说明： 180MCF05g-A 安装尺寸一一0 180 MCF ――车削机械主轴，带法兰结构 最高转速一一5000 r/min 润滑一一油脂A――批量衍生产品 电主轴刀具的常见问题 7( 1、刀具无法夹紧
（1）碟形弹簧位移量太小，使主轴抓刀、夹紧装置无法到达正确位置，刀具无法夹紧。通过调整碟形弹簧行程长度加以排除。 （2）弹簧夹头损坏，使主轴夹紧装置无法夹紧刀具。通过更换新弹簧夹头加以排除 （3）碟形弹簧失效，使主轴抓刀、夹紧装置无法运动到达正确位置，刀具无法夹紧。通过更换新碟形弹簧加以排除。 （4）刀柄上拉钉过长，顶撞到主轴抓刀、夹紧装置，使其无法运动到达正确位置，刀具无法夹紧。通过调整或更换拉钉，并正确安装加以排除。 2、刀具夹紧后不能松开 （1）松刀液压缸压力和行程不够。通过调整液压力和行程开关位置加以排除。（2）碟形弹簧压合过紧，使主轴夹紧装置无法完全运动到达正确位置，刀具无 法松开。通过调整碟形弹簧上的螺母，减小弹簧压合量加以排除。 为什么电主轴强力切削时会停转？ （1）主轴电动机与主轴连接的传动带过松，造成主轴传动转矩过小，强力切削时主轴转矩不足，产生报警，数控机床自动停机。（通过重新调整主轴传动带的张紧力，加以排除。） （2）主轴电动机与主轴连接的传动带表面有油，造成主轴传动时传动带打滑， 强力切削时主轴转矩不足，产生报警，数控机床自动停机。（通过用汽油或酒精清洗后擦干净加以排除。） （3）主轴电动机与主轴连接的传动带使用过久而失效，造成主轴电动机转矩无法传动，强力切削时主轴转矩不足，产生报警，数控机床自动停机。（通过更换新的主轴传动带加以排除。） （4）主轴传动机构中的离合器、联轴器连接、调整过松或磨损，造成主轴电动机转矩传动误差过大，强力切削时主轴振动强烈。产生报警，数控机床自动停机。（通过调整、更换离合器或联轴器加以排除。） 高速电主轴 3 种常见故障 故障一、主轴发热 1、主轴轴承预紧力过大，造成主轴回转时摩擦过大，引起主轴温度急剧升高，可以通过重新调整主轴轴承预紧力加以排除； 2、主轴轴承研伤或损坏，造成主轴回转时摩擦过大，引起主轴温度急剧升高，可以通过更换新轴承加以排除； 3、主轴润滑油脏或有杂质，也会造成主轴回转时阻力过大，引起主轴温度升高，可以通过清洗主轴箱，重新换油加以排除； 4、主轴轴承润滑油脂耗尽或润滑油脂过多，也会造成主轴回转时阻力、摩擦过大，引起主轴温度升高，可以通过重新涂抹润滑脂加以排除；故障二、主轴强力切削时停转 1、主轴电动机与主轴连接的传动带过松，造成主轴传动转矩过小，强力切削时
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
第二章电主轴典型结构分析 要想做好电主轴的应用选型，首先，必须知道电主轴的类型和功能，其次，才是如何为机床选用电主轴。 1.1 电主轴的分类 电主轴是现代大多数高速机床必不可少的动力源之一，电主轴的运动速度和精度是直接决定加工质量和生产效率的重要因素。 一般来说，不同的依据，就有不同的分类方法。比如说，根据轴承类型，可分为滚动轴承电主轴（角接触球轴承电主轴）、液体轴承电主轴（动静压电主轴）、气体轴承电主轴和磁悬浮轴承电主轴；根据电机类型，可分为异步型电主轴和永磁同步型电主轴。 还有许多分类方法，我们就不一一叙述。本文只介绍按照应用来进行分类，这种分类方法也是现在很多厂家正在生产和使用的一种方法，主要分为磨削用电主轴、钻铣用电主轴、车削用电主轴、加工中心用电主轴、木工用电主轴、特殊加工电主轴和试验机用电主轴等等。常见的电主轴如图2-1所示。 1
电主轴 磨削用电主轴 钻铣用电主轴 车削用电主轴 加工中心用电主轴 木工用电主轴 特殊加工电主轴 试验机用电主轴 当然，还有一些特殊的电主轴，并非在此分类之中，但依然值得我们去好好去探究。 图2.1 各种类型的电主轴 1.1.1磨削用电主轴 磨削用电主轴，是电主轴中转速、精度相对较高、振动相对较小的电主轴，是磨床上的重要部件，可分为内圆磨削、外圆磨削、平面磨削和专用磨削，广泛应用于内圆、外圆、拉力、螺纹、小孔、端面等磨削加工。早期的磨削用电主轴因为性能的限制只能用于轴承行业，随着国内机械行业的发展，加工难度也在不 1
断地提高，对电主轴性能的要求也越来越严格。为了满足工业性需求，磨削用电主轴的应用范围在不断的拓宽，从早期的轴承磨削加工到汽车零件磨削加工、机床导轨的磨削加工、丝杠磨削加工、玻璃透镜磨削加工等，随着加工行业的持续发展，磨削加工正向着高速、强力磨削方向发展，将会对磨削用电主轴提出更高、更苛刻的要求。 虽然我国电主轴行业的发展很迅速，但是与国外的磨削用电主轴相比还是存在很大差距的。下表是国内外低速、中速、高速磨削用电主轴部分参数的对比，其中国外电主轴以NSK为代表，国内则选择某些电主轴生产厂家为代表。 表2-1国内外磨削用电主轴参数比较[1] 电主轴型 号国外NSK 80GHP18 国内 某厂家 国外NSK 100GNS6 国内 某厂家 国外NSK 120GPH3 国内 某厂家 转速rpm 180 000 150 000 60 000 60 000 30 000 24 000 功率KW 0.6 0.5 6 4 18 12 润滑方式油雾油气油雾油雾油雾油雾轴承内径 mm 8 8 25 17 55 45 d m n值 mm/min- 1 6 2.4310 ?6 2.0210 ?6 2.1610 ?6 1.5610 ?6 1.9510 ?6 1.8010 ? 1.1.2钻铣用电主轴[2] 钻削用电主轴，主要用于印刷电路板（PCB）、油泵油嘴等行业的小孔钻削、钻铣削加工，以满足小孔和微孔的加工需要。常规速度等级分6级，按轴承类型 1
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
摘要 本设计主要研究电机轴轴向径向窜动的检测方法。首先提出对电机轴窜动监测的重要性，分析其轴向径向窜动的原因。考察了目前电机轴窜动监测的手段和装置的现状，设计出了一套比较完善的在线监测系统。根据测量原理，考虑电机轴窜动的频率和特点，综合考虑各种检测系统的优缺点，提出适合本系统的方案设计：采用非接触性位移传感器来作为测量器件，导出轴窜动的电压信号，分析此信号的特征，选用相匹配的模数转换器。由于本系统中有轴向和径向两路信号，需选择相适应的多路模拟开关，再把数据送单片机进行处理，并进行显示，如果所采集的数据超出工业要求，系统会自动报警。系统的各种功能都由软件来实现。软件的设计包括主程序，定时中断服务程序，数据的采集，显示子程序，键盘子程序。 关键词：电机轴，窜动，单片机，传感器，模数转换器 1
Abstract The examination method of electricity engine shaft axial radial direction shakes is mainly researched in this design. First, proposed the importance of examination the electricity engine shaft moves the monitor, analyzes the reasons why its axial radial direction can vibrate. To study the situation of the methods and the equipment and set of quite perfect on-line control systems has been designed. According the principle of surveying, and considering the frequency and the characteristic of the electricity engine shaft shakes, the 1
电主轴监控系统设计设计
电主轴监控系统设计 【摘要】 文章以高速电主轴监控系统为研究对象，分析了机床电主轴需要检测的几个主要参数、系统主要硬件构成和上位机监控软件labviw的主要功能。通过电主轴专用实验平台采集分析机床主轴的振动信号、电机轴承温度、轴向位移及相关状态参数。经采集系统分析后，可通过指示灯为缺乏主轴、轴承知识的一线工人提供判断信息。该系统能够及时识别机床主轴的状态、发现故障的早期症状，从而可以及时消除故障隐患，避免破坏性事故的发生，为专业人员在机床主轴的优化设计、检修方面提供了坚实的技术基础。 【关键词】Labview软件；电主轴；在线监控；轴承温度；轴向位移
Give or get an electric shock a principal axis supervision system design ZhangYajun （Grade07，Class03 ，Major Mechanical Design, Manufacturing and Automation，Mechanical Engineering Dept，shaaxi University of Technology hanzhong 723003，shaanxi） Tutor:Huang Chong Li 【Summary 】 The article at a high speed gives or gets an electric shock the principal axis supervision's system as research object and analyzed a tool machine electricity principal axis a few main parameters, system that need to be examined main hardware the composing and place of honor machine supervise and control the main function of software labviw.Pain conduct electricity principal axis appropriation the experiment platform collect the vibration signal of analyzing the tool machine principal axis and turn soon, electrical engineering and front and back the bearings temperature, stalk move to and related status parameter.After collecting system analysis, can pass indicator for lack the front-line worker of principal axis, bearings knowledge to provide judgment information.The system can identify the status of tool machine principal axis and discover the earlier period symptom of breakdown in time, can get rid of to break down in time thus concealed suffer from, avoid a destructiveness of the occurrence of the trouble, for the professional personnel is in the tool machine principal axis of excellent turn to design, the check fixed aspect to provide solid technique foundation.