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数控机床高速电主轴技术及应用一、高速电主轴的发展历程早在 20 世纪 50 年代，就己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，使得在 20 世纪 80 年代末、90 年代初出现了用于铣削、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，中等规格的加工中心的主轴转速目前己普遍达到 10000r/min 甚至更高。
1976 年美国的 Vought 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20,OOOr/min，功率为 15KW。
到 90 年代末期，电主轴发展的水平是:转速40,000 r/min，功率 40 KW(即所谓的“40-40 水平”)。
但 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 60,000 r/min，功率为 80 KW。
目前世界各主要工业国家均有装备优良的专业电主轴生产厂，批量生产一系列用于加工中心和高速数控机床的电主轴。
其中最著名的生产厂家有:瑞士的 FISCHER 公司、IBAG 公司和 STEP-TEC 公司，德国的 GMN 公司和FAG 公司，美国的 PRECISE 公司，意大利的 GAMFIOR 公司和 FOEMAT 公司，日本的 NSK公司和 KOYO公司，以及瑞典的 SKF公司等公司。
高速电主轴生产技术的突破，大大推动了世界高速加工技术的发展与应用。
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。
超精密光学磨床主轴的温度场分布及其优化设计
焦瑶;孙立剑;洪海波;殷跃红
【期刊名称】《机械与电子》
【年(卷),期】2014(000)004
【摘要】为了提高所设计的超精密光学磨床精度和提高温度场分析的准确性，利用有限元分析软件ANSYS和热力学理论，分析了超精密光学磨床主轴的温度场分布。
首先，建立自由电子气模型，计算出自主设计的超精密光学磨床主轴材料的热导率；进而研究分析不同结构、不同环境下机床主轴的温升规律；最后，提出了基于热力学分析结果的一系列主轴结构优化方法，采取对主轴和点接触件进行优化设计，减小热源与主轴之间的接触面积等方法，减小机床主轴的热变形，从而提高超精密光学磨床的精度。
【总页数】5页(P7-11)
【作者】焦瑶;孙立剑;洪海波;殷跃红
【作者单位】上海交通大学机器人研究所，上海200240;上海交通大学机器人研究所，上海200240;上海交通大学机器人研究所，上海200240;上海交通大学机器人研究所，上海200240
【正文语种】中文
【中图分类】TG584
【相关文献】
1.超精密磨床主轴部件热特性的有限元分析 [J], 陈真;唐旎;郭隐彪
2.超精密大尺寸光学玻璃平面磨床的研制 [J], 忻晓蔚;姚俊;姚振强;顾伟彬;孙姚飞
3.基于有限元的超精密平面磨床砂轮与主轴过盈配合特性研究 [J], 苏晓东;钱炜
4.光学非球面超精密磨床床身动态分析与优化 [J], 吕寻可;李占国
5.超精密光学磨床减小热误差的结构优化 [J], 焦瑶;孙立剑;洪海波;殷跃红
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主轴部件的名词解释主轴部件是指机械设备中主轴所组成的结构和部件。
主轴是机械设备中运动传动的核心部件，负责传递动力和转速，承载工作负荷，并支持旋转的工作件。
在此篇文章中，我们将对主轴部件的一些常用名词进行解释，并介绍它们在机械领域中的作用和重要性。
1. 主轴主轴是主轴部件的核心，它是机械设备中旋转运动传递的主要部分。
主轴通常由金属材料制成，并经过加工和精密磨削以保证其几何精度和机械性能。
主轴上通过扭矩传递装置，如带齿轮、链条或皮带，将动力传递给工作件。
2. 轴承轴承是承载主轴和机械设备运动部分载荷和转矩的重要部件。
它们常用于减小运动部件的摩擦和磨损，并使这些部件能在各种工况下顺畅运转。
轴承的种类有很多，常见的包括滚动轴承和滑动轴承。
滚动轴承根据结构不同又可分为球轴承、滚子轴承、圆柱轴承等。
轴承的选用要根据主轴的转速、载荷和工作环境等因素来决定。
3. 联轴器联轴器是一种连接主轴和工作部件的装置，用于传递动力和转矩。
它允许主轴和工作部件在一定范围内产生轻微的相对位移和角度偏差，以避免因机械设备运动不平衡而引起的损坏。
联轴器有多种类型，包括齿式联轴器、弹性联轴器和万向节联轴器等。
每种类型的联轴器都有其适用的特定工况和性能要求。
4. 刀具刀具是用于切削和加工工件的工具，常见的刀具主要有钻头、铣刀、刀片等。
刀具通常由高硬度的金属或合金制成，通过与工件的接触和运动，实现对工件的切削、铣削、打孔等操作。
刀具的选择要考虑工件材料、形状和切削参数等因素，以确保高效、精确的加工过程。
5. 线性导轨线性导轨是一种用于机械设备中线性运动的部件，它可使主轴和工作部件在水平或垂直方向上产生直线运动。
线性导轨通常由轨道和导向系统组成，通过滚动轴承或滑动轴承，使主轴和工作部件具备高精度、低摩擦和高刚性的运动能力。
线性导轨广泛应用于数控机床、自动化生产线等领域。
6. 冷却系统冷却系统是一种用于降低主轴和工作部件温度的装置。
在机械加工过程中，主轴和刀具产生大量摩擦和热量，如果不及时散热会导致设备的损坏和工件加工质量的下降。
JTEKT 机床主轴单元刚性测量系统——将主轴旋转中的特性可视化（附图） 捷太格特(JTEKT)通过利用电磁石的吸引力开发了新的主轴测量系统，不仅可以在主轴静止时测量，主轴旋转时也可以对其相关数值(刚性・固有值)进行测量，并可以对应所有的主轴姿势。
本系统是捷太格特最新的独创技术(※根据我司的调查)，能通过定量把握出货时的预压状态、主轴特性，有助于提高主轴的可靠性，开发效率，以及使性能历时变化可视化。
将来，该系统的测量数据也将作为支持“主轴异常诊断”和“加工条件最优化”的工具被进一步活用于主轴的开发。
小于系统外观和概略图 【开发背景】 机床在日本被称为工作机械，意思是“制作其他机械的机械产品”，也被称为“工作母机”。
是作为支持日本制造业重要的基础产业而发展壮大的。
为了机床的进一步发展，作为决定机床性能最重要因素之一的主轴单元，其性能和可靠性的提高不可或缺，因此主轴单元中的轴承起到了很重要的作用。
“轴承的预压”是影响主轴性能的重要因素之一。
预压值越大主轴刚性越高，但有同时也有高速性、发热、寿命等方面的缺陷。
相反，预压值越小越有利于高速性、发热、寿命能方面的表现，但刚性就会较弱。
为了制作主轴性能公差小的主轴，缩小“预压的公差”是行之有效的方法。
一般对预压的管理项目进行测量都在主轴静止时进行，但是本来加工中的主轴就是处于高速旋转的状态，考虑对主轴性能的评估应该在旋转状态下实施，所以我们着手并开发了本系统。
【特点】 (1) 可以测量主轴静止时的刚性、固有值 (2) 可以测量旋转时的刚性、固有值 (3) 通过把握旋转中的刚性，有助于得出最优加工条件 利用电磁石的吸引力，对主轴前端安装的芯棒(类似的工具)用不同的频率加以振动(径向、轴向2个方向都可以加振)。
加振时通过感应器对实时的变位进行检测，静止时自不必说，旋转中的机床主轴特性(刚性・固有值)也可以测量出来。
增速器一、增速器1组成由增速机和润滑油系统组成增速器是专门为竖井贯流机组设计的一套变速机构，装于水能机与发电机之间，固定在水能机座环上游侧法兰面上，由变速箱、润滑油箱及控制设备组成，由德国伦克公司制造。
增速器与水能机采用发兰刚性连接用摩擦传递扭矩，其为两级行星齿轮箱，增速比为1：10.027。
增速器与发电机采用柔性连接，用热套传递扭矩，其轴向柔性由齿轮箱内部的四个球面结构形成1）增速器由四套向心轴承、一道推力轴承、两级变速机构及壳体组成。
齿轮箱上装有感测瓦温的温度传感器11只和测震动的装置1只。
增速器推力轴承由24块扇形推力瓦组成，承受整个机组的正反向负荷。
所有轴承都有一个强迫润滑装置，通过它来输入要求质量的压力油，保证耗油单元在正常工作时的润滑和冷却2）润滑油箱由4台主油泵、1台应急油泵、输油管路、控制设备、过滤器、加热元件和冷却设备组成。
保证增速器在自身设计的温度、压力范围内安全地运行。
从图中认识一下其结构2对应开关点：3增速器油系统控制原理：正常情况下，四台润滑油泵及一台紧急油泵均设置为“自动”控制方式。
PLC自动统计每台润滑油泵的运行时间和启动次数，并根据运行时间或启动次数自动轮换工作、备用油泵，实现四台油泵互为备用的功能，并且当工作方式自动切换时，自动发出信号。
自动控制时，系统自动根据齿轮箱温度和压力控制油泵电机的启停。
在润滑油箱油温正常时，检测当齿轮箱输入端油压小于紧急油泵启泵油压，则启动紧急油泵，延时270s，若油压仍小于紧急油泵停泵油压，发出紧急油泵故障信号；若油压大于紧急油泵停泵油压，当齿轮箱油压降至润滑油泵启动设定值时，停机时间最长的油泵启动，对应的运行指示灯亮；当再次循环扫描时，油压还低于油泵启动设定值时，停止泵中停机时间最长的油泵启动，对应的运行指示灯亮；反复循环，直到五台油泵全部启动，且齿轮室的油压仍低于油泵启动设定值，发出故障报警信号，要求机组停机。
当齿轮室的油压高于油泵停止设定值时，运行时间最长的油泵停止，对应的运行指示灯灭；当再次循环扫描时，油压还高于油泵停止设定值时，运行泵中运行时间最长的油泵停止，对应的运行指示灯灭；反复循环，直到至少两台主油泵运行，且齿轮箱的油压低于油泵停止设定值，否则发出故障报警信号，要求机组停机。
主轴打刀缸工作原理
嘿，朋友们！今天咱来聊聊主轴打刀缸这玩意儿的工作原理，可有意思啦！
你看啊，这主轴打刀缸就像是一个大力士，默默在机器里干着重要的活儿。
它的工作原理呢，其实不难理解。
想象一下，机床就像一个大舞台，而主轴打刀缸就是舞台上的主角之一。
当需要换刀的时候，它就开始行动啦！就好像运动员听到起跑枪声一样，迅速响应。
它通过一系列的动作，把刀具紧紧抓住或者松开。
它里面有液压油在欢快地流动着，就像血液在我们身体里流淌一样。
这些液压油在压力的作用下，推动着各种部件运动起来。
是不是很神奇？就好像有一双无形的手在操控着一切。
打刀缸的动作要快，要准，要稳！不能有一丝马虎。
就好比射箭，必须一箭射中靶心。
它要是动作慢了，那可不得了，整个生产过程都得受影响。
你说这主轴打刀缸是不是很厉害？它虽然个头不大，但是作用可大了去了！没有它，那些机床可就没法好好工作啦！
而且啊，它还特别耐用，就像一个老黄牛，勤勤恳恳地工作着，不喊苦不喊累。
只要我们好好保养它，它就能一直为我们服务。
它就像是我们工作中的好伙伴，默默地支持着我们。
我们可不能小瞧了它哦！
总之，主轴打刀缸的工作原理虽然有点复杂，但是只要我们用心去理解，就一定能搞明白。
它可是现代工业中不可或缺的一部分呢！大家一定要重视它呀！。
机床主轴增速器：“小玩意”蕴含“大宇宙”
机床主轴增速器是个“小玩意”，但这里面却蕴藏着机械制造的精深功底，涉及到机械制造2大关键标准件：齿轮和轴承；可以想象当齿轮和轴承运行在4万和16万多转并且还要控制跳动精度在0.01mm甚至0.001mm，它的制造精度及发热和动平衡控制是多么关键。
主轴增速器也叫增速刀柄，重型主轴增速器也叫增速铣头，常见的包括齿轮式增速器、气动主轴增速器和电主轴增速器。
主轴增速器最常见是通过标准刀柄接口(如BT/HSK/DIN/ISOetc.)安装在加工中心机床主轴输出锥孔上，也有通过VDI/BMT等接口安装在数控车削中心动力刀塔上或重型增速铣头通过法兰盘或自动拉紧机构安装在镗铣床上。
加工中心安装主轴增速器时利用机床原有的主轴鼻端螺丝，机床结构不需作任何改动。
主轴增速器有以下常见类型：
1、齿轮式主轴增速器：一般最高转速可达42000RPM，跳动精度一般0.01mm。
2、超高速气动增速器：最高转速可达160000RPM，跳动精度一般0.001mm；主要有欧洲和日韩产品，一般日韩产品功率很小，只有几十瓦，欧洲产品功率可达一千瓦以上。
3、电主轴增速器。
主轴增速器适用的的机器类型：
主轴增速器可以安装在加工中心、数控车削中心、镗铣床等机床上，气动增速器(气动主轴)和电动增速器还可以安装在机器手上。
主轴增速器使得普通加工中心进行高速铣削、雕刻加工及孔钻削成为可能。
安装在加工中心上的主轴增速器可以像一把特殊功能的刀具一样自动换刀。
使用主轴增速器的主要行业及必要性：
1、主轴增速器主要用于增加机床转速，使得高速切削以达到很好的光洁度、精密度和提高加工效率，常用于精密模具、微电子、医疗器械、精密仪器、航空能源等领域。
2、为什么需要使用增速器：在使用微型铣刀和钻头加工时,必须要使用很高的转速以提高表面加工质量，同时大大提高加工效率，如果机床本身的转速达不到要求时就要使用主轴增速器。
另外一般重型镗铣床转速比较低，通常会加装重型主轴增速器(增速铣头)。
齿轮式主轴增速器具有以下特点：
1、采用行星机构实现增速，对齿轮和轴承有非常高的要求；一般都是采用磨削高精度齿轮，每个齿轮都需要经过最先进齿轮测量机精密测量，保证实现平稳、低噪音、大扭矩、、耐高温长寿命运行；轴承采用超精密轴承和陶瓷轴承，精度P4以上，预紧装配，同时采用长寿命油脂免维护润滑，降低维护费用；常见的齿轮式主轴增速器最大可达42,000RPM，并且长时间运行，特殊设计不需要专门冷却。
2、齿轮式主轴增速器外壳采用合金钢，高刚性和精密性设计制造，同时必须具有很高的同轴度和动平衡性；齿轮增速器由机床主轴传动并提供动力，安装时机床不需要作任何改动且不需要任何其他附加的设施如电、液、气等，使用非常方便。
3、输入：齿轮增速器采用标准刀柄接口(BTISOHSKDINCAT)与加工中心主轴连接或VDI/BMT与刀塔连接，也可以根据客户的要求订制如CAPTOKM；重型系列可采用刀柄配合法兰联接。
4、输出：齿轮增速器标准输出为的ER弹簧夹头，重型系列为标准刀柄(BTISOHSKDINCAT等)。
5、齿轮增速器可以实现自动换刀(ATC)和主轴中心出水(一般70bar)或外能转内冷(MAX10bar)。
6、齿轮增速器由于采用齿轮传动，有些发热和噪音在所难免；但欧洲产品一般不像日韩产品那样需要专门停机冷却时间。
7、齿轮式增速器一般跳动精度0.01mm，因而适合1mm以上刀具加工使用；如果硬质合金刀具直径在1mm以下一般不合适采用齿轮式增速器，主要考虑跳动对刀具寿命的影响，因而应该采用气动增速器，气动增速器跳动精度一般为1u。
气动主轴增速器特点：
1、气动增速器使用压缩空气为动力，机床主轴不需要旋转，节省了主轴损耗；使用方便，安全可靠。
2、气动增速器采用高效透平马达，由工厂通常气源(最大6BAR)驱动，旋转部件少，发热小，可以24小时不间歇静音运行，同时不需要任何外加润滑。
3、气动主轴增速器轴承都采用超高精密陶瓷轴承，精度达P4级以上，预紧装配；最大转速可达到160000RPM。
4、输入：采用模块化标准刀柄HSK/BT/ISO/DIN/CAT；输出ER-11，一般功率从几十瓦到一千瓦以上。
5、气动增速器也可以自动换刀(ATC)；但前提是机床必须有从刀柄中心进气功能。
6、气动主轴增速器有很高的同轴度，跳动精度一般可达1u。
电主轴增速器特点：
1、电主轴增速器采用标准刀柄接口(BTISOHSKDIN法兰)与机床主轴连接；输出夹紧系统一般是标准的ER夹头。
2、相对于齿轮和气动增速器，电动增速器需要电源、变频器、冷却润滑等装置，维护比较麻烦复杂且昂贵。
一般选择齿轮式增速器需要考虑以下因素：
1、机床主轴锥度(如BT50)。
2、机床原有最高转速以及增速后需要达到的最高转速。
3、常用刀具类型及直径范围。
4、是否需要自动换刀ATC；同时考虑换刀路径上是否存在干涉和增速器重量和外形尺寸是否在刀库承受范围内。
5、是否需要中心出水。
6、由于主轴增速器需要通过主轴鼻端原有螺丝安装定位块，所以需要检查机床主轴鼻端是否有适合安装增速器定位块的螺丝，同时检查是否有和喷嘴等干涉。
一般选择镗铣床重型增速器（增速铣头）需要考虑以下因素：
1、功率、扭矩、转速要求。
2、机床原有最高转速和增速后需要达到的最高转速。
2、请考虑增速铣头外形长度尺寸要求，因为镗铣床增速铣头安装时镗杆必须复位，也就是说镗杆的长度不能算在内；如果必须伸长，可以考虑加装接长杆。
3、增速铣头与镗铣床接口形式，一般为法兰+刀柄。
4、镗铣床滑枕部分与增速铣头安装接口部分的尺寸。
5、其他需要考虑的因素，如增速铣头自动拾取、自动松拉刀、是否内冷等。
一般选择气动式增速器需要考虑以下因素：
1、机床主轴锥度(如BT40,HSK63)。
2、要达到的最高转速要求。
3、常用刀具类型及直径大小范围。
4、气动增速器不需要定位销和定位块固定外壳，因此无需提供主轴鼻端尺寸。
5、其他要求，如自动换刀ATC；如果需要ATC机床主轴必须能中心进气；同。
