高速数控机床主传动系统的机械结构已得到极大的简化,基本上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”。由于当前电主轴主要采用的是交流高频电动机,故也称为“高频主轴”。由于没有中间传动环节,有时又称它为“直接传动主轴”。电主轴的高转速高达60000~180000r/min,旋转部分的任何微小不平衡量都可能引起巨大的离心力,造成机床的振动,主轴订制设计,从而影响零件的加工质量。
10世纪30年代以前,大多数机床的主轴采用单油楔的滑动轴承。随着滚动轴承制造技术的提高,后来出现了多种主轴用的高刚度滚动轴承。这种轴承供应方便,价格较低,摩擦系数小,润滑方便,并能适应转速和载荷变动幅度较大的工作条件,主轴订制价格,因而得到广泛的应用。但是滑动轴承具有工作平稳和抗振性好的优点,在一些精加工机床如磨床上用得很多。50年代以后出现的液体静压式轴承,精度高,刚度高,摩擦系数小,又有良好的抗振性和平稳性,但需要一套复杂的供油设备,所以只用在机床和重型机床上。气体轴承高速性能好,但由于承载能力小,而且供气设备也复杂,主要用于高速内圆磨床和少数超精密加工机床上。70年代初出现的电磁轴承,兼有高速性能好和承载能力较大的优点,并能在切削过程中通过调整磁场使主轴作微量位移,以提高加工的尺寸精度,但成本较高,主轴订制供应商,可用于超精密加工机床。
转子散热条件差,又直接安装在主轴上,设计中应尽量减小电动机径向传热热阻,使转子的发热量尽可能多地通过气隙传到定子和壳体中去,北京主轴订制,并由冷却液带走。为了提高散热效果,保证电动机的绝缘安全,高速电主轴采用油一水热交换循环冷却系统如图3 所示。系统采用连续、大流量、冷却油对定子进行循环冷却,冷却油从主轴壳体上的入油口输入,通过定子冷却套上的螺旋槽,与电动机定子进行充分的热交换,将电动机产生的绝大部分热量转移到油中,从壳体的出油口输出,然后流经逆流式冷却交换器,与冷却水进行再一次热交换,将热油温度降到接近室温后,流回油箱,再经过压力泵增压输到入油口,从而实现循环冷却。根据主轴电动机的要求,冷却油的入口温度T 在10 ~ 40 ℃之间,温升不得超过10 ℃。
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