动静压电主轴——【电主轴的设计与选型】

学士学位论文系别：机电工程系学科专业：机械设计制造及其自动化名：运城学院2009年5月电主轴支承型式与润滑方式的设计系别：机电工程系学科专业：机械设计制造及其自动化*名：***指导教师：***运城学院2009年5月电主轴支承型式与润滑方式的设计设计总说明高速电主轴作为高速机床的核心功能部件，其性能好坏直接影响着机床的高速加工性能。

电主轴轴承的选择和配置以及相应的润滑，是保证电主轴性能的关键，具有重要的研究价值和意义。

本文在充分考虑了电主轴转速高、动平衡精度高、内装主轴电机及过盈连接等因素的基础上，介绍了高速电主轴轴承的主要润滑方式：喷油润滑油雾润滑脂润滑油气润滑等，并着重说明了油气润滑系统的原理及设计过程；介绍了电主轴轴承的主要典型类型：磁悬浮轴承动静压轴承陶瓷轴承等，系统分析了角接触陶瓷球轴承的性能优点及其配置形式；最后通过弹性力学和动力学理论推导得出了高速电主轴轴承内圈与转轴配合过盈量的计算公式。

本文对高速电主轴支承型式及润滑方式的研究可作为优化电主轴结构，改善机床高速加工性能的依据，有利于高速电主轴系统的整体设计及制造。

油气润滑，在学术界被称为“气液两相流体冷却润滑技术”，是一种新型的润滑技术，它与传统的单相流体润滑技术相比具有无可比拟的优越性。

它成功地解决了干油润滑和油雾润滑所无法克服的难题。

它适应了机械工业设备的最新发展的需要，尤其适用于高温、重载、高速、极低速以及有冷却水和脏物侵入润滑点的工况条件恶劣的场合。

由于它能解决传统的单相流体润滑技术无法解决的难题，并有非常明显的使用效果，大大延长了摩擦副的使用寿命，改善了现场的环境，因此正在得到越来越广泛的应用。

油气润滑系统主要由主站、两级油气分配器、PLC电气控制装置、中间连接管道和管道附件等组成。

主站是润滑油供给和分配，压缩空气处理、油气混合和油气流输出以及PLC 电气控制的总成。

根据受润滑设备的需油量和事先设定的工作程序接通气动泵。

压缩空气经过压缩空气处理装置进行处理。

电主轴设计的一些要点电主轴是工业生产中常见的一种装置，用于驱动工具进行旋转，广泛应用于机床、数控机床、木工机械、切割、打磨和加工中心等领域。

电主轴设计要考虑多个方面的因素，下面将详细介绍一些电主轴设计的要点。

首先，设计电主轴时需要根据具体工艺要求确定最大转速。

最大转速决定了工具的加工速度和加工质量。

根据工具直径和材料性质，可以计算出所需的最大转速。

其次，电主轴设计要考虑工作时产生的热量。

电主轴在高速运转过程中会产生大量的热量，如果不能有效散热，会导致电主轴温度升高，进而影响工具的使用寿命和样品质量。

因此，设计中应考虑适当的散热装置，如风扇和散热器，以保持电主轴的温度在合理范围内。

第三，电主轴的振动问题需要被重视。

高速运转时产生的振动会影响加工质量和工具的寿命。

为了减小振动，可以采用精确平衡和减震装置来提高电主轴的稳定性。

此外，可以采用颈缩小、减小惯性和增加刚度等措施来减小振动。

第四，选择合适的电机和轴承也是电主轴设计中的重要要点。

电机的功率和转矩必须满足工件需要的加工力矩，并能够提供所需的最大转速。

轴承的选择要考虑到负荷、转速和寿命等因素，以确保电主轴的正常运行。

第五，电主轴的刚性也是设计中需要考虑的重要因素。

刚性直接影响加工精度和稳定性。

为了提高刚性，应使用高强度材料，增加结构的强度和刚性，并采用适当的支撑结构。

第六，安全性是电主轴设计的重要考虑因素之一、应根据安全标准和规范设计相关保护装置，如限位开关、紧急停机按钮和防护罩等。

第七，电主轴的维护和保养也需要考虑在设计中。

电主轴使用一段时间后需要定期维护和保养，以延长使用寿命和保证性能稳定性。

设计时应考虑易维修和拆卸的结构，以便更好地进行维修和保养。

此外，电主轴还需要考虑重量、大小、制造成本等因素。

设计时应根据具体的应用场景和要求进行综合考虑。

综上所述，电主轴设计需要考虑转速、散热、振动、电机和轴承、刚性、安全性、维护和保养等方面的因素。

只有综合考虑这些要点，才能设计出性能优良、稳定可靠、安全高效的电主轴。

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。

静压电主轴静压电主轴是一种利用静电力来实现轴向定位和旋转的机械设备。

它主要由静电轴承、静电驱动器、传感器和控制系统等组成。

静压电主轴具有高精度、高刚度、低摩擦、低噪音等优点，在精密加工、光学仪器、半导体设备等领域有着广泛的应用。

静电轴承是静压电主轴中的关键部件，它通过静电力来支撑和定位主轴。

静电轴承由静电气膜和静电传感器组成。

静电气膜是由静电电极和绝缘层构成的，当电极上加上电压时，静电气膜中的电荷分布会改变，从而产生静电力。

静电传感器用于检测静电气膜中的电荷分布，以实现对主轴位置的控制。

静电驱动器是静压电主轴的动力源，它通过控制静电轴承上的电压来调节静电力的大小。

静电驱动器的控制系统可以根据传感器的反馈信号来调整电压，使得静电轴承中的静电力与外部负载相平衡，从而实现对主轴位置的精确控制。

静电驱动器一般采用闭环控制，通过不断调整电压来维持主轴在设定位置上的稳定运动。

静压电主轴具有高精度的定位能力，这得益于静电力的特性。

静电力是一种非接触力，在主轴和静电轴承之间不需要直接接触，因此可以避免摩擦和磨损。

同时，静电力的大小可以通过电压的调节来控制，可以实现对主轴位置的微调。

这使得静压电主轴在高精度加工和定位任务中具有很大的优势。

静压电主轴的应用非常广泛。

在精密加工领域，静压电主轴可用于精密磨削、车削、铣削等加工过程中，以实现高精度的加工效果。

在光学仪器领域，静压电主轴可用于光学分子束平台、光纤拉伸机等设备中，以实现对光学元件的精确定位。

在半导体设备领域，静压电主轴可用于半导体切割机、半导体封装机等设备中，以实现对半导体芯片的精确操作。

静压电主轴是一种利用静电力来实现轴向定位和旋转的机械设备。

它通过静电轴承和静电驱动器的配合，实现对主轴位置的高精度控制。

静压电主轴具有高精度、高刚度、低摩擦、低噪音等优点，在精密加工、光学仪器、半导体设备等领域有着广泛的应用前景。

随着技术的不断发展，静压电主轴将会在更多领域中发挥重要作用，为工业生产和科学研究提供更多可能性。

加工中心用电主轴结构设计及其仿真分析一、综述随着科技的不断发展，加工中心在制造业中的地位越来越重要。

加工中心作为一种高效、高精度、高自动化的加工设备，已经成为现代制造业的重要支柱。

然而加工中心在使用过程中，电主轴作为其核心部件，其结构设计和性能对加工中心的整体性能具有重要影响。

因此对加工中心用电主轴的结构设计及其仿真分析进行研究，对于提高加工中心的性能和降低生产成本具有重要意义。

电主轴是一种将交流电源转换为高速旋转并带传动功能的电动机。

它具有结构简单、重量轻、惯性小、响应速度快等优点，广泛应用于数控机床、加工中心等机械设备中。

电主轴的结构设计主要包括电机、减速器、轴承、冷却系统等部分。

其中电机是电主轴的核心部件，其性能直接影响到整个电主轴的性能；减速器用于降低电机转速，提高扭矩；轴承用于支撑转子并实现转动；冷却系统用于降低电机温度，保证电主轴的正常运行。

为了提高加工中心的性能，需要对电主轴的结构进行优化设计。

首先应选择合适的电机类型和参数，以满足加工中心的工作要求。

其次应合理选择减速器类型和参数，以保证电主轴具有较高的转速和扭矩输出。

此外还应考虑轴承的选择和配置，以确保电主轴具有较低的噪声和振动。

冷却系统的设计也至关重要，应根据加工中心的工作环境和工艺要求，选择合适的冷却方式和参数。

为了验证电主轴结构设计的合理性和性能，可以采用仿真分析方法对其进行评估。

通过建立数学模型，对电主轴的结构参数进行优化设计，并利用仿真软件对其进行模拟分析。

仿真分析可以帮助我们了解电主轴在不同工况下的性能表现，为实际应用提供依据。

同时仿真分析还可以发现结构设计中的潜在问题，为改进设计提供参考。

加工中心用电主轴结构设计及其仿真分析是一项重要的研究工作。

通过对电主轴结构的设计优化和仿真分析，可以提高加工中心的性能，降低生产成本，为现代制造业的发展做出贡献。

1.1 研究背景和意义随着现代制造业的飞速发展，加工中心在工业生产中扮演着越来越重要的角色。

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。