高速电主轴、轴承系统

电主轴的工作原理电主轴是机床上的一种重要装置，用于加工工件时进行高速旋转，通常被用于车床、铣床、钻床等机床中。

电主轴可以提高工作效率和加工精度，是现代机械制造中不可或缺的一部分。

本文将从电主轴的工作原理、构成和性能几个方面来详细介绍电主轴的相关知识。

一、工作原理电主轴的工作原理基于电机的旋转运动，利用电机的动力来带动机床上的刀具进行高速旋转。

电主轴的构成主要由电机、轴承、主轴壳体、冷却系统以及传动系统组成。

电机作为电主轴的动力源，通常采用直流电机或交流电机，其带动主轴壳体与主轴进行旋转。

轴承作为主轴的支撑装置，能够承受主轴的径向和轴向负载，使得主轴在高速旋转时不会发生轴承摩擦、振动等毛病。

主轴壳体是电主轴的主要部分之一，可以起到固定轴承、保护主轴和机床的作用。

主轴壳体的材质通常使用优质铸铁或铸钢、铝合金等。

冷却系统主要用来降低电主轴温度，主要包括内冷却和外冷却。

冷却水能在高速旋转时有效的降低电主轴的温度，提高机床的生产效率。

传动系统是电主轴运转的重要部分之一，通常由齿轮传动、同步传动、传动带传动等几种。

齿轮传动是一种传动方式，其结构简单、可靠性高、传动精度高，因此在数控机床中最常用。

同步传动是电主轴开发较晚的传动方式，优点是转矩大、效率高、振动小，但同时成本也高；传动带传动则是将电主轴带转附加在主动装置（如变速器）上，结构简单、精度较高。

二、电主轴的构成电主轴主要由电机、轴承、主轴壳体、传动装置、冷却系统、电气控制系统等几部分组成，其中电机是电主轴的最核心部分，它利用电能将机床切削刀具旋转起来。

电机通常使用交流电机或直流电机。

其中交流电机由于功率较小，多用于中小型加工机床的电主轴上；而直流电机由于功率较大、可调速范围广，通常用于大型加工机床上。

轴承是电主轴的支撑部分，它承受主轴的重量和旋转产生的离心力，是保证电主轴稳定运转的重要部分。

轴承的动力性能与材料决定了电主轴的运转速度和加工精度。

为保证电主轴低温低振动的运转状态，轴承数量通常有两个以上。

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表面质量，因此这项技术在各类装备制造业中得到越来越广泛的应用，正在成为当今金切加工的主流技术。

高速数控机床主轴轴承精度及其保持性分析摘要：在机床的主轴部件之中，机床主轴轴承是确保机床运行的重要部件。

机床主轴的轴承在运行过程中会受到多方面作用的影响，不仅有轴向以及径向的载荷，而且需要注意在高速运转状态下的旋转精度与温度的变化等问题。

在实际的高速数控机床运用过程中，应该尽量提升轴承的刚度，以延长轴承的精度寿命。

同时，在提高机床主轴工作转速时，还要使其保持更高的旋转精度。

因此，对于高速数控机床主轴轴承精度及其保持性分析，有着非常重要的现实意义。

关键词：高速数控机床；主轴轴承；精度；保持性在高端装备制造行业之中，数控机床是必不可少的工作设备。

随着时代的发展，数控机床的特点也有了变化，逐渐变得更加高速化、智能化、高精度化。

近年来，我国轴承产业不断发展进步，产业经济规模已居世界轴承总量的第三位，但是与世界轴承工业强国相比，我国生产的轴承质量还存在一定差距，主要表现为高技术、高精度、高附加值的产品比例较低，相关产品的稳定性需要进一步的提高与改进。

一般情况下，精密机床使用的系列高端轴承是该设备中最精密的尖端产品，但由于国内机床轴承生产企业普遍处于研发能力弱、制造水平低、原材料等配套条件差的情况，导致国产高端轴承的精度、耐久性、性能稳定性、寿命和可靠性与国际先进水平有较大差距，因此高端机床轴承在全球范围内大多被美日欧等企业垄断，而国内机床精密主轴轴承生产企业还处于非系统化研发、制造和应用的阶段。

对高端轴承的设计和应用没有完整的产业链，对高端轴承应用需求的应对能力不足，导致我国高速高精度数控机床轴承的自主化未取得突破性进展。

在这种情况下，分析高速数控机床主轴轴承的精度及其保持性，有着非常重要的实际意义。

1、关于高速数控机床主轴轴承的相关内容概述轴承作为机床运行的“芯片”，是机床制造中重要的、关键的基础零部件之一，直接决定着机床产品的性能、质量和可靠性。

精度和切削能力是衡量机床质量的两个重要标准。

它们取决于机床的整体设计，但在很大程度上也取决于机床工件的轴承系统。

1.电机系统电机系统为交流变频调速电机，处于主轴中部位置，如图所示，该电机具有以下特点：（1）调速方便、节能高效。

（2）电机结构简洁、体积小、惯量小、造价低、维修容易、耐用。

（3）通过变频器的调节，实现高转速和高电压运行。

（4）可以实现软启动和快速制动。

（5）无火花、防爆、环境适应能力强。

Research & Application 研发与应用2.拉刀系统主轴内部装有拉刀系统，主轴前端装有夹头，通过夹头的开闭，实现加工刀具的装夹，从而实现换刀的功能。

3.轴承系统轴承位于电机两端，分为上下两部分轴承。

轴承起支撑主轴旋转部分的作用，轴承采用闭式高性能陶瓷球轴承，具有转速高、寿命长、免维护等特性。

此系统已获得国家实用新型专利201120085353.8、201320740734.4、201320893672.0。

4.冷却系统主轴内部开有水道，冷却水通过图上的进水接头，进入主轴内部进行冷却电机及轴承，流经所有发热的部件后，由出水接头排出。

此系统已获得国家实用新型专利201320594939.6。

5.气缸系统气缸系统位于主轴的后端，其上方装有气接头，通入一定压力的气体后，气缸即瞬间打开运动。

与拉刀系统配合后，夹头即打开，完成换刀的功能。

6.气封系统由于主轴长期在机床中切削，切削时的切削液每时每刻都反弹到主轴表面上，主轴必须具备高度密封性。

60E在设计时，已对密封性作了详细的考虑，在主轴加工时，仅需在气封接头上通入低压力的压缩空气(0.15MPa)，即可实现密封功能。

此系统已获得国家实用新型专利201320743961.2。

以上各系统紧密结合，紧凑地组成60E电主轴且维护方便，使60E具有广泛的应用性及可靠性。

主轴内部的轴芯结构已获得国家实用新型专利201320893834.0，主轴整体结构已获得国家实用新型专利201120085351.9。

近几年内昊志机电60E电主轴相继获得广东省高新技术产品奖、国家重点新产品证书奖、广州市科学进步奖、广东省科学技术奖等。

基于数控机床的高速电主轴结构分析摘要：笔者结合自己的具体工作，经过对数控机床中高速主轴的结构的分析和探讨，从轴承的技术设计到主轴的动平衡设计，在此基础上引出来超高速主轴的轴端设计的理论概念和方法，同时还给出了一些具体的优化技巧和改进措施。

关键词：电主轴超高速零传动笔者在实践中总结和发现，数控机床中的高速加工，其先决条件就是一定要确保主轴的值不能小于1×106。

研究表明，高速加工有着自身大功率、宽调速的特性。

要实现高速加工，最佳方法就是直接把主轴电机的转子、定子装入主轴组件，这样就会形成一个整体的电主轴，从而实现了主轴系统的“零传动”。

因为电主轴有着紧凑、惯性小、重量轻、动态特性好相对良好的优点，所以能够改善加工机床的实际动平衡，能够大幅度地消除了振动与噪声，因此，这种方式得到了高速切削机床行业的广泛关注。

由于电主轴工作过程中其转速相对比较高，所以在具体的结构设计和控制、制造过程都提出了严格的要求和实施范围。

比如主轴的动平衡、散热、支承、精密控制及润滑等。

1、主轴轴承的技术分析主轴轴承技术属于整个超高速主轴行业中的一个最重要的技术。

现在，在世界超高速机床行业，使用最为广泛的轴承形式就是动静压轴承、磁浮轴承和混合陶瓷轴承。

1.1 磁浮轴承磁浮轴承其实就是通过电磁力的作用，把整个转轴悬浮在相应空间的一种轴承，它的优点就是定子与转轴之间不出现任何的机械接触。

因为没有机械接触，所以转轴都能达到一个极值的转速。

它的结构特点就是磨损小、噪声小、能耗低、寿命长、无油污染、无需润滑，由于磁浮轴承属于可控的轴承，转子的具体位置完全可以自律，主轴阻尼和刚度都可以调整，这样在整个加工过程中是其他轴承无法替代的。

制约磁浮轴承广泛应用的主要原因有价格、发热以及复杂的控制系统等问题，所以很多只适用于一些特殊的场合。

1.2 动静压轴承动静压轴承属于综合了静压轴承和动压轴承两者优点的一种新型多油楔油膜轴承，它的优势就在于回避了静压轴承在高速运转下的发热和复杂的供油系统，防止了动压轴承停止与启动过程所发生的一些干摩擦，由于他的调速范围比较宽，有着良好的高速性能。

精密轴承在高速精密主轴设计中的应用2600字摘要：随着高速精密加工技术的迅速普及与推广，高速度精密主轴的设计也得到了飞速发展，高速精密加工技术中最为核心的便是主轴单元，高速主轴单元的类型主要有电主轴、气动主轴等，与电主轴相比，精密轴承具有结构简单，易维护，发热小，不污染环境，成本低等特点，因此在高速精密主轴设计中的实际应用中，具有较为明显的优势。

本文重点就精密轴承在高速精密主轴设计中的应用进行分析和探讨。

关键词：精密轴承；高速精密主轴；设计应用随着科技技术的进步，数控机床正朝着高速、高精密、智能化、轻量化方向发展，主轴系统是数控机床发展的关键。

建立主轴单元精确模型，对主轴性能进行精确仿真，从而在设计阶段优化结构尺寸，实现最大的动刚度和最小的材料和动力消耗。

以往主轴设计是根据设计条件，确定初始结构尺寸，利用有限元建模、求解，最后对分析结果进行评定，若不合格，则对尺寸加以修改，然后再建模、求解、评定，如此反复直到合格为止。

这个过程耗时费力，设计方案也不是最佳。

鉴于此，作者将优化技术直接融入主轴设计分析过程，快速分析计算设计变量对主轴性能的影响，寻找最优结构参数，实现理论设计代替经验设计，完成精确计算。

1.精密主轴系统机械结构设计主轴系统的机构类型有很多种，按照所用轴承种类划分，常见的结构有半运动式圆柱型轴承结构轴系、锥形滑动轴承轴系、V型弧滑动轴承轴系和滚动摩擦轴承轴系等。

这些不同的结构类型有不同的特点，适用于不同的应用场合。

对于高精度精密主轴系统来说，考虑到轴系的回转精度、刚度、主轴的热稳定性和使用寿命等因素，同时参考过去在精密主轴系统方面的设计经验，通常都是采用技术成熟、应用较广的非标密珠滚动轴承的设计方案。

根据仪器主轴系统安装空间和安装方式的要求，充分考虑精密仪器主轴机械设计过程中的各种注意事项，初步设计轴系装配图。

2.高速主轴单元支承结构设计轴承限位方式及其限位元件直接影响到主轴单元总体精度指标，同时轴向限位元件也是保证轴承预紧力的重要元件之一。

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。

1绪论1.1 高速切削技术1.1.1 高速切削技术的理论基础早在20世纪50年代，就已经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。

随着高速切削的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，加上混合陶瓷轴承的出现，使得在20世纪末期出现了一大批用于高速切削的大功率、大转矩、高转速的高速机床电主轴。

作为国民经济支柱产业的制造业，是衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志，高速切削技术是加工制造技术的一次革命性突破，是未来窃谑加工技术的重点发展方向。

高速切削技术是指利用超硬材料的加工刀具和高转速、高精度和高自动化的制造装备，以实现切除效率、加工质量和加工精度大幅度提升的先进制造技术。

图1.1 萨洛蒙曲线高速切削起源于20世纪30年代，当时德国著名的切削物理学家卡尔·萨洛蒙博士提出了高速切削假设，阐述了著名的超高速切削理论，即萨洛蒙原理：如图1.1所示，在常规切削速度范围内（A区），随着切削速度的增大，切削温度及刀具磨损程度呈线性增加，切削速度达到v1时，刀具会因为无法承受如此高的温度和磨损而不能继续使用，但是当切削速度增加到某一数值v0（一般常规切削速度的5-6倍）后，切削速度和刀具磨损速度反而随着切削速度的增加而降低。

当速度达到v2以上时，切削温度已经降到t0以下，又处于刀具允许的切削条件范围之内，因而对于每一种工件材料，存在一个从v1-v2的速度范围（B区），在这个速度范围内，由于切削温度太高（高于刀具材料允许的最高温度t0），任何刀具都无法承受，切削加工不可能进行，而处于v2以上切削速度的加工，就是高速切削加工。

实践证明随着切削速度的提高，切屑形态从带状、片状到碎屑状发展，所需单位切削力在初期呈上升趋势，而后急剧下降，这说明高速切削比常规切削轻快，两者的机理也不同。

高速切削速度比常规切削速度几乎高出一个数量级，正是萨洛蒙理论的出现，才得以使高速切削在理论上成为可能。

高速电主轴- 介绍高速电主轴是高速加工中心的核心部件。

在模具自由曲面和复杂轮廓的加工中，常常采用2～12mm较小直径的立铣刀，而在加工铜或石墨材料的电火花加工用的电极时，要求很高的切削速度，因此，电主轴必须具有很高的转速。

目前，加工中心的主轴转速大多在18000～42000r/min，瑞士Mikro的高速加工中心XSM400U/XSM600U其主轴转速已达54000r/min。

而对于模具的微细铣削(铣刀直径一般采用0.1～2mm)，则需要更高的转速。

横林精工-高速电主轴如德国Kugler公司的五轴高精度铣床，其最高主轴转速达160000r/min(采用空气轴承)，这样的高转速，当采用0.3mm直径的铣刀加工钢模时，就可达到150m/min的切削速度。

目前，德国Fraunhofer生产技术研究所正在开发转速为300000r/min的空气轴承支撑的主轴。

加工模具时，总是采用很高的转速，而高转速产生的发热，以及切削时可能产生的振动是影响模具加工精度的重要因素。

为保证高速电主轴工作的稳定性，在主轴上装有用来测量温度、位移和振动的传感器，以便对电机、轴承和主轴的温升、轴向位移和振动进行监控。

由此为高速加工中心的数控系统提供修正数据，以修改主轴转速和进给速度，对加工参数进行优化。

当主轴产生轴向位移，则可通过零点修正或轨迹修正来进行补偿。

高速电主轴- 高速电主轴购买需知关于高速电主轴高速电主轴运转速度是通过变频器的驱动来实现的。

您可以自己选用变频器，当然也可以将这项工作交由我们来为您代劳，我们将为您匹配好变频器的参数和主轴参数，减少您的麻烦。

关于选型选购主轴时，请告知我们：你在我们网上所选用的主轴型号；或者告诉我们主轴的相关参数，比如：主轴工作电压、主轴的外径、主轴的功率、主轴的转速、主轴的轴端连接、主轴的冷却方式（水冷/自冷/风冷）等，我们将为您推荐最合适的产品。

关于包装及运输方式您所选购的主轴将用高密度的泡沫箱及纸箱包装。