平磨电主轴——【电主轴的设计与选型】

摘要高速加工能显著提高生产率和降低生产成本，是一种很有前途的先进制造技术。

实现高速加工的前提是高质量的高速机床，高速电主轴是数控技术的关键部件和加工中心。

电主轴系统，静态和动态刚度是影响其性能的主要问题。

本文介绍了电主轴的工作原理及关键技术。

然后，确定了合理的电主轴总体结构，分别对电主轴的电机、编码器、转子、定子和冷却系统等各零部件作了设计，产生了装配图、零件图与设计说明书等设计文档。

最后，对电主轴的旋转轴和轴承进行了详细的分析和校核，计算表明，该电主轴设计符合要求。

关键词：加工中心；电主轴；主轴；轴承AbstractHigh-speed machining can significantly improve productivity and reduce production costs, is a very promising advanced manufacturing technology. The first condition to achieve high-speed processing of high quality high-speed machine tools, and high-speed electric spindle speed CNC machining center technology and key components. Electric spindle system static and dynamic stiffness is one of the main challenges affecting performance. This article describes the working principle of the spindle and key technologies. Then, determine a reasonable overall structure of the spindle, respectively, spindle motor, encoder, rotor, stator and cooling systems and other components were designed, produced assembly drawings, part drawings and design specifications and other design documents. Finally, the rotation of the spindle shaft and bearings for a detailed analysis and verification, calculations show that the design meets the requirements of the spindle.Key Words:Machining center；electrical spindle；spindle；bearingII目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)第1章绪论 (1)1.1选题的目的和意义 (1)1.2国内外的研究现状和发展趋势 (2)1.2.1国内外电主轴技术的研究现状与发展趋势 (2)1.2.2数控车床电主轴的国内外的发展趋势 (3)1.3本课题主要研究内容 (4)第2章加工中心电主轴的介绍 (5)2.1电主轴的工作原理 .................................................................... 错误！未定义书签。

电主轴技术讲座第二讲电主轴的基本参数与结构_一_电主轴（Electrospindle）是一种将电能转换为机械能的装置，常用于数控机床、加工中心等设备中。

本讲座将介绍电主轴的基本参数与结构。

一、电主轴的基本参数2. 功率（Power）：电主轴的功率是指单位时间内产生的机械功率，单位为千瓦（kW）。

功率的选择要根据切削力和材料的硬度等因素来确定，一般在2-50kW之间。

3. 扭矩（Torque）：电主轴的扭矩是指主轴承受的力矩大小，单位为牛顿米（Nm）。

扭矩的大小直接影响主轴的加工能力和稳定性，一般在2-500Nm之间。

4. 刚度（Stiffness）：电主轴的刚度是指主轴的抗弯、抗扭能力，也是主轴受力时的变形量。

刚度的高低决定了电主轴的动态性能和稳定性。

二、电主轴的结构电主轴的结构主要包括电机、轴承、刀具接口等部分。

1. 电机（Motor）：电主轴的电机一般采用交流电机或直流电机，根据需要可选择不同类型和功率的电机。

电机通过电能转换为机械能，驱动主轴旋转。

2. 轴承（Bearing）：电主轴的轴承用于支撑和定位主轴，承受主轴的径向和轴向力。

轴承的选用要考虑到主轴的转速、扭矩和刚度等参数，常用的轴承类型有深沟球轴承、角接触球轴承等。

3. 刀具接口（Tool Interface）：电主轴的刀具接口用于安装不同类型和规格的切削工具，包括刀柄、刀具夹持装置等。

刀具接口的选择要匹配主轴的规格和电机的功率，以确保切削工具的安全可靠。

三、电主轴的工作原理电主轴的工作原理是利用电能将电机旋转起来，并通过轴承将旋转的力传递给刀具，实现切削加工的效果。

其工作过程一般可分为以下几个步骤：1.电能输入：将电能输入到电机中，通过电机的换能作用将电能转换为机械能。

2.主轴旋转：电机的转子开始旋转，通过电机的驱动将力矩传递给主轴。

3.轴承支撑：轴承将主轴支撑，防止主轴在高速旋转时产生过大的振动和变形。

4.刀具安装：将切削工具安装在刀具接口上，用于进行切削加工。

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——铣床用主轴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——φ180 MCF——车削机械主轴，带法兰结构最高转速——5000 r/min 润滑——油脂A——批量衍生产品电主轴刀具的常见问题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。

摘要：本文介绍高速精密实验磨床直线电机带动电主轴进行磨削加工时，伺服刚度的调节方法，分析了电主轴一砂轮接杆系统高速旋转时引起振动的原因，提出了改进的方法，取得了很好的效果。

关键词：电主轴；砂轮接杆；振动；磨削为了提高砂轮的线速度，实现高速精密磨削加工，对砂轮驱动和轴承转速要求很高。

电主轴单元采用内装式电动机直接驱动主轴。

电主轴单元具有刚性好、旋转精度高、温升小、稳定性好、功耗低和寿命长等优点，在高速精密磨床上具有广泛的应用前景。

电主轴的转速一般在10 000r/min以上，有的甚至高达60 000-100 000r/min，所以砂轮一主轴系统即便有很小的不平衡量，也会产生非常大的离心力，造成机床剧烈振动，影响加工精度和表面质量，甚至损坏砂轮及主轴。

因此对砂轮一主轴系统动态特性及动平衡技术的研究越来越受到重视。

一、振动测试系统I．主轴横向进给伺服刚度的调节本磨削系统的高速电主轴是安装在直线电机的转子之上的，通过PMAC（可编程多轴控制器）控制直线电机带动电主轴实现高频往复运动，从而实现非圆截面的精密加工。

直线电机初、次级之间的间隙一般比旋转电机的气隙大2~3倍，且并非一个封闭的整体，其间存在很大的吸引力，这对直线电机控制系统要求很高。

若直线电机在高速高频进给时没有很高的伺服刚度，则在带动电主轴一砂轮系统进给磨削时将产生很大的矢动量，且不能抑制电主轴高速运转引起的振动。

本实验磨床的直线电机通过PMAC的伺服控制环调整PID参数，使直线电机达到伺服刚度高、稳定性好、跟随误差小，对电主轴自身引起的振动有很好的抑制作用，可避免由于振动引起的定位误差，进而带动电主轴实现非圆截面零件的高速精密磨削加工。

2. Coinv Dasp 2003振动信号采集仪Coinv Dasp2003是东方振动与噪声技术研究所开发的数据采集和信号处理软件。

其含有多模块数据采样模式，并实现不间断海量采集数据和在采样过程中不间断地显示时域波形或频谱的功能。

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。

电主轴详细参数及安装电主轴是一种用于机床和自动化设备的电动驱动装置，常用于高精度加工和高速切削过程中。

电主轴的详细参数和安装步骤如下：一、电主轴的详细参数：1.功率：电主轴的功率通常以千瓦（kW）为单位，表示电主轴的驱动能力。

功率越高，表示电主轴可以提供更大的切削力和速度。

2. 转速范围：电主轴的转速范围通常以转/分钟（rpm）为单位，在机床加工中，转速通常会根据加工工件的材料和要求进行调整。

3.切削力：切削力是指电主轴在切削过程中对工件施加的力量，通常以牛顿（N）为单位。

高切削力可以提高加工效率，但也会对工件和机床产生较大的负荷。

4.扭矩：扭矩是指电主轴在旋转时产生的力矩，通常以牛顿·米（Nm）为单位。

扭矩越大，表示电主轴可以提供更强的切削力和转动力，适用于加工较硬的材料。

5.尺寸和重量：电主轴的尺寸和重量通常根据机床和设备的要求进行设计。

尺寸小、重量轻的电主轴常用于小型机床和精密加工。

6.冷却方式：电主轴在高速运转时会产生大量的热量，因此通常需要通过冷却系统来进行降温。

常见的冷却方式包括水冷却和风冷却。

7.精度：电主轴的精度是指其转轴的偏差程度，通常以微米（μm）为单位。

高精度的电主轴可以提供更高的加工精度和表面光洁度。

二、电主轴的安装步骤：1.准备工作：确定电主轴的安装位置，并清理安装区域。

检查电主轴和相关附件是否完好无损。

2.安装底座：根据电主轴的尺寸和机床的要求，选择合适的底座，并按照底座的安装说明进行安装。

3.安装轴承和套筒：根据电主轴的设计要求，将轴承和套筒安装在底座上。

注意轴承和套筒的安装方向，以确保电主轴的转动平稳。

4.安装电机：将电主轴的电机安装在底座上，并连接电源和控制线路。

调整电机的位置和方向，以确保其与轴承和套筒对应地连接。

5.安装飞轮和传动装置：根据机床和设备的要求，安装电主轴的飞轮和传动装置。

调整飞轮和传动装置的位置和距离，确保其与电机和轴承的连接正确。

6.连接冷却系统：根据电主轴的冷却方式，连接相应的冷却系统。

电主轴概述电主轴是最近几年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。

高速数控机床主传动系统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“电主轴”(ElectricSpindle,Motor Spindle)。

）电主轴优点1、主轴与电机一体，结构紧凑、安装简单、方便、节省空间；2、无中间传动环节，效率高、振动小、噪声低、运动平稳，在相同转速下，主轴轴承寿命长；3、易于实现高转速、高精度、高的动静态稳定性；4、利用现代控制技术机电机优化设计，可满足不同工况和负荷要求。

电主轴的分类雕铣用电主轴：主要用于高速雕刻和高速铣加工，适用于模具、轻金属及木工件、塑料件等加工，是小型模具加工及雕刻加工的高效部件。

磨床用电主轴：磨用电主轴是与现代磨床相配套的主轴产品，主要用于内孔磨床，也可根据客户要求设计用于外圆磨床、端面磨床，具有高的转速、精度和刚性，加工效率高、粗糙度低、精度好。

加工中心用电主轴：可根据用户的需要特殊设计，适应于低速强力切削和高速精加工要求，装有码盘和编码器，可通过伺服装置对主轴运转进行精确控制，实现准停、急停，刚性攻丝及自动换刀功能。

车床用电主轴：可根据用户的需要特殊设计，适应于低速强力车削和高速精加工要求，装有码盘和编码器，可通过伺服装置对主轴运转进行精确控制，实现准停、急停功能。

特殊用途专用电主轴:可根据用户特殊需要设计制造适用不同工况和安装条件的电主轴，目前特殊用途电主轴已广泛用于车床、磨床、镗床等各种机床及其他各行业。

山东博特精工电主轴单元编号释意：JSZD120-24/4XJS：山东博特精工ZD：高速电主轴120：安装外径为120mm24:最高转速为24000r/min4:功率为4KWX：洗削用。

电主轴选型
电主轴大致可以分为3大类：磨削、铣削、雕铣等。

1.根据你的应用场合，确认主轴的大类。

然后到电主轴手册中找到对应的大类。

这个很关键，不同种类的电主轴结构完全不一样。

比如前后支撑的轴承种类都不同。

如果混用，会严重影响电主轴寿命。

达不到工艺要求，导致整个系统设计失败。

2.根据负载工况和扭矩要求，计算出需要的功率，以及在此功率下对应的转速。

然后到电主轴手册中找到满足功率转数要求的型号。

功率转数一定，电主轴的外径就确认了。

常用电主轴外径一般是φ80，φ100，φ120，φ140等。

3.确认你所需要的刀柄类型。

同一种型号电主轴有几种刀柄类型可供用户选择。

4.确认是否需要刚性攻丝。

如果要的话，需要配相应编码器。

价格会差不少。

5.确认换刀方式。

电主轴有自动和手动换刀两种方式。

自动换刀方式须配拉刀机构。

长度会增加。

6.确认电主轴冷却方式。

一般有自冷，风冷，水冷和油冷几种方式。

水冷用的最多根据电主轴的发热量配相应的功率的冷却水系统。

冷却水不能用自来水或河水，需软化后才能接入电主轴。

防止水套结垢，影响散热效能。

7.确认润滑方式。

一般有油脂润滑，油雾润滑，油气润滑。

油脂润滑转数相应要低。

油雾，油气润滑转数高，但要配相应润滑系统。

8.确认主电源电压。

一般为AC380V/220V。

9.根据最高转数，算出对应的频率。

选用最大频率满足要求的变频器。