高速电主轴的关键技术

      电主轴是一种技术含量很高、高精密、高转速的机电一体化产品，涉及到机械、电气、控制、润滑、冷却、振动和材料，以及热处理、超精密加工和超精密装配等诸多方面的工艺技术。高速电主轴生产技术的突破，极大地推动了世界高速加工技术的发展与应用。

      在高速电主轴的结构设计中，良好的电动机性能，合理地选配轴承，采取减小振动的各项措施，设计有效的冷却系统，以及确定主轴零件与电动机定子的过盈配合量等，是电主轴设计中的关键技术。

      电动机性能是电主轴的核心，正确设计电动机的电磁参数十分重要。首先，其磁通密度要高，以增大单位体积的出功率，缩小定转子体积；其次，电动机的机械特性和电气特性，需要与高速加工相适应，以满足机床在宽调范围内功率和转矩的要求；再次，转子在高速旋转时应有足够的强度。

      支承的合理选用与配置是电主轴设计的一项关键技术。采用何种支承主要根据工作转速、工作载荷来选择。在适合于高速电主轴的轴承中，常用陶瓷轴承、动静压轴承和磁悬浮（磁力）轴承。在DmN值不高且要求高刚度的情况下，可考虑选用钢质滚珠轴承；在高转速下对刚度要求不高的情况下，可选用动静压轴承；陶瓷轴承具有良好的高速性能，刚度较高，用此采用的场合较多；另外，为保证轴承在高速条件下具有良好的工作性能，必须采取对轴承进行冷却、润滑、预紧等措施，润滑方式有油脂润滑、油雾润滑、油气润滑等，其中以油气润滑适应高速效果最好。预紧量的选择可根据经验公式进行计算获得。

      解决高速、高效、高精度工作状态下的发热、振动是电主轴的另一项关键技术。电主轴的热源除切削热外，主要是定子、转子发热和轴承发热。电主轴的结构特点是电动机的定子直接安装在壳体内，这对电动机的散热很不利。发热引起的热变形将导致电主轴乃至机床丧失精度。因此电主轴必须有冷却系统来保证电主轴及机床恒温。此外，电主轴由于转速高，任何不平衡量都会引起振动，产生噪声，影响主轴平稳运转。振动问题的解决，取决于动平衡的精度，即对各回转零件进行动平衡和对所有回转件装配于主轴之上后进行整体动平衡，使其达到规定的平衡精度要求。在结构设计上主要采用两端加装动平衡环。

      主轴零件与电动机转子的过盈配合量应合理确定。为保证高速切削，主轴应具有良好的运转精度和传动能力，其零部件需具有良好的加工精度、表面质量及装配精度。且为达到准确的动平衡，电动机转子与机床主轴之间采用无键过盈联接，并由此具备足够传递转矩的能力。过盈量的大小直接影响电主轴的性能，过盈量过大会使主轴装配困难，影响装配精度，甚至破坏配合表面 ；过盈量过小则会影响主轴传递转矩的性能。

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