機(jī)床主軸新技術(shù)

1.電主軸所融合的技術(shù)：

電主軸是在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù)，它與直線電機(jī)技術(shù)、高速刀具技術(shù)一起，將會(huì)把高速加工推向一個(gè)新時(shí)代。電主軸是一套組件，它包括電主軸本身及其附件：電主軸、高頻變頻裝置、油霧潤(rùn)滑器、冷卻裝置、內(nèi)置編碼器、換刀裝置。

2.電主軸所融合的技術(shù)：

高速軸承技術(shù)：電主軸通常采用復(fù)合陶瓷軸承，耐磨耐熱，壽命是傳統(tǒng)軸承的幾倍；有時(shí)也采用電磁懸浮軸承或靜壓軸承，內(nèi)外圈不接觸，理論上壽命無(wú)限；

高速電機(jī)技術(shù)：電主軸是電動(dòng)機(jī)與主軸融合在一起的產(chǎn)物，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子即為主軸的旋轉(zhuǎn)部分，理論上可以把電主軸看作一臺(tái)高速電動(dòng)機(jī)。關(guān)鍵技術(shù)是高速度下的動(dòng)平衡；

潤(rùn)滑：電主軸的潤(rùn)滑一般采用定時(shí)定量油氣潤(rùn)滑；也可以采用脂潤(rùn)滑，但相應(yīng)的速度要打折扣。所謂定時(shí)，就是每隔一定的時(shí)間間隔注一次油。所謂定量，就是通過(guò)一個(gè)叫定量閥的器件，精確地控制每次潤(rùn)滑油的油量。而油氣潤(rùn)滑，指的是潤(rùn)滑油在壓縮空氣的攜帶下，被吹入陶瓷軸承。油量控制很重要，太少，起不到潤(rùn)滑作用；太多，在軸承高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)因油的阻力而發(fā)熱。

冷卻裝置：為了盡快給高速運(yùn)行的電主軸散熱，通常對(duì)電主軸的外壁通以循環(huán)冷卻劑，冷卻裝置的作用是保持冷卻劑的溫度。

內(nèi)置脈沖編碼器：為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀以及剛性攻螺紋，電主軸內(nèi)置一脈沖編碼器，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的相角控制以及與進(jìn)給的配合。

自動(dòng)換刀裝置：為了應(yīng)用于加工中心，電主軸配備了自動(dòng)換刀裝置，包括碟形簧、拉刀油缸等。

高速刀具的裝卡方式：廣為熟悉的BT、ISO刀具，已被實(shí)踐證明不適合于高速加工。這種情況下出現(xiàn)了HSK、SKI等高速刀具。

高頻變頻裝置：要實(shí)現(xiàn)電主軸每分鐘幾萬(wàn)甚至十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，必須用一高頻變頻裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)電主軸的內(nèi)置高速電動(dòng)機(jī)，變頻器的輸出頻率必須達(dá)到上千或幾千赫茲 。

衡量主軸部件性能的指標(biāo)主要是旋轉(zhuǎn)精度、剛度和速度適應(yīng)性。

①旋轉(zhuǎn)精度：主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)在影響加工精度的方向上出現(xiàn)的徑向和軸向跳動(dòng)，主要決定于主軸和軸承的制造和裝配質(zhì)量。

②動(dòng)、靜剛度：主要決定于主軸的彎曲剛度、軸承的剛度和阻尼。

③速度適應(yīng)性：允許的最高轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速范圍，主要決定于軸承的結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑，以及散熱條件 。

機(jī)床主軸指的是機(jī)床上帶動(dòng)工件或刀具旋轉(zhuǎn)的軸。通常由主軸、軸承和傳動(dòng)件（齒輪或帶輪）等組成主軸部件。在機(jī)器中主要用來(lái)支撐傳動(dòng)零件如齒輪、帶輪，傳遞運(yùn)動(dòng)及扭矩，如機(jī)床主軸；有的用來(lái)裝夾工件，如心軸。除了刨床、拉床等主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床外，大多數(shù)機(jī)床都有主軸部件。主軸部件的運(yùn)動(dòng)精度和結(jié)構(gòu)剛度是決定加工質(zhì)量和切削效率的重要因素。

降低軸承的工作溫度，經(jīng)常采用的辦法是潤(rùn)滑油。潤(rùn)滑方式有，油氣潤(rùn)滑方式、油液循環(huán)潤(rùn)滑兩種。在使用這兩種方式時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：

1、在采用油液循環(huán)潤(rùn)滑時(shí)，要保證主軸恒溫油箱的油量足夠充分。

2、油氣潤(rùn)滑方式剛好和油液循環(huán)潤(rùn)滑相反，它只要填充軸承空間容量的百分之十即可。

循環(huán)式潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)是，在滿足潤(rùn)滑的情況下，能夠減少摩擦發(fā)熱，而且能夠把主軸組件的一部分熱量給以吸收。

對(duì)于主軸的潤(rùn)滑同樣有兩種放式：油霧潤(rùn)滑方式和噴注潤(rùn)滑方式。

20世紀(jì)30年代以前，大多數(shù)機(jī)床的主軸采用單油楔的滑動(dòng)軸承。隨著滾動(dòng)軸承制造技術(shù)的提高，后來(lái)出現(xiàn)了多種主軸用的高精度、高剛度滾動(dòng)軸承。這種軸承供應(yīng)方便，價(jià)格較低，摩擦系數(shù)小，潤(rùn)滑方便，并能適應(yīng)轉(zhuǎn)速和載荷變動(dòng)幅度較大的工作條件，因而得到廣泛的應(yīng)用。但是滑動(dòng)軸承具有工作平穩(wěn)和抗振性好的優(yōu)點(diǎn),特別是各種多油楔的動(dòng)壓軸承，在一些精加工機(jī)床如磨床上用得很多。50年代以后出現(xiàn)的液體靜壓軸承，精度高，剛度高，摩擦系數(shù)小，又有良好的抗振性和平穩(wěn)性，但需要一套復(fù)雜的供油設(shè)備，所以只用在高精度機(jī)床和重型機(jī)床上。氣體軸承高速性能好,但由于承載能力小,而且供氣設(shè)備也復(fù)雜，主要用于高速內(nèi)圓磨床和少數(shù)超精密加工機(jī)床上。70年代初出現(xiàn)的電磁軸承，兼有高速性能好和承載能力較大的優(yōu)點(diǎn)，并能在切削過(guò)程中通過(guò)調(diào)整磁場(chǎng)使主軸作微量位移，以提高加工的尺寸精度，但成本較高，可用于超精密加工機(jī)床。

主軸是加工中心的主要組成部分之一，因?yàn)樗脑O(shè)計(jì)直接影響到加工效率和工件質(zhì)量。因此，主軸設(shè)計(jì)（靜態(tài)和動(dòng)態(tài)剛度，軸的直徑，軸承，設(shè)計(jì)參數(shù)等）已得到了深入研究[5-8]。機(jī)床主軸加速器的性能主要取決與為所需的速度和動(dòng)力傳動(dòng)比的優(yōu)化設(shè)計(jì)。尤其是，兩個(gè)因素必須考慮，因?yàn)樗鼈冊(cè)谥鬏S調(diào)速裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)方面非常重要，這兩個(gè)因素是最小的體積和最小的傳輸動(dòng)能。?

為了減輕重量，主軸調(diào)速裝置的體積必須要最小化，并且不能減少機(jī)床操作所需的空間。但是，同樣，機(jī)械主軸加速器必須要為長(zhǎng)期的生產(chǎn)工作而設(shè)計(jì)，因此，傳輸動(dòng)能必須最少以確保最佳的性能。?

主軸調(diào)速裝置的設(shè)計(jì)導(dǎo)致了基于行星齒輪序列（PGTs）的傳動(dòng)裝置的使用，因?yàn)樾行驱X輪序列PGTs提供了一個(gè)非常緊湊、高效的解決方案（減少了普通齒輪序列的重量和尺寸），它的速率高，效率高。PGTs還用在許多配備了汽車變速箱的機(jī)器設(shè)備中，從而延長(zhǎng)了機(jī)床低速主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)的恒功率范圍 。

通常由主軸、軸承和傳動(dòng)件（齒輪或帶輪）等組成主軸部件。在機(jī)器中主要用來(lái)支撐傳動(dòng)零件如齒輪、帶輪，傳遞運(yùn)動(dòng)及扭矩，如機(jī)床主軸；有的用來(lái)裝夾工件，如心軸。除了刨床、拉床等主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床外，大多數(shù)機(jī)床都有主軸部件。主軸部件的運(yùn)動(dòng)精度和結(jié)構(gòu)剛度是決定加工質(zhì)量和切削效率的重要因素。衡量主軸部件性能的指標(biāo)主要是旋轉(zhuǎn)精度、剛度和速度適應(yīng)性。①旋轉(zhuǎn)精度：主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)在影響加工精度的方向上出現(xiàn)的徑向和軸向跳動(dòng)（見(jiàn)形位公差），主要決定于主軸和軸承的制造和裝配質(zhì)量。②動(dòng)、靜剛度：主要決定于主軸的彎曲剛度、軸承的剛度和阻尼。③速度適應(yīng)性：允許的最高轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速范圍，主要決定于軸承的結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑，以及散熱條件。