数控机床主轴种类(一文明白数控机床设计技术：超高精度CNC电主轴构造)

Posted 2023-05-27

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数控机床主轴种类(一文明白数控机床设计技术：超高精度CNC电主轴构造)

电主轴是最近几年在数控加工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，它与直线电机技术、高速刀具技术一起，将会把高速加工推向一个新时代。数控加工电主轴是一套组件，它包括电主轴本身及其附件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置。

高速主轴是高速切削技术最重要的关键技术，也是高速切削机床最重要的部件。要求动平衡性很高，刚性好，回转精度高，有良好的热稳定性，能传递足够的力矩和功率，能承受高的离心力，带有准确的测温装置和高效的冷却装置。高速切削一般要求主轴转速能力不小于40000r/min,主轴功率大于15kW。通常采用主轴电机一体化的电主轴部件，实现无中间环节的直接传动，电机大多采用感应式集成主轴电动机。

目前一般使用较多的是热压氮化硅(Si3N4)陶瓷轴承和液体动、静压轴承以及空气轴承。润滑多采用油-气润滑、喷射润滑等技术。主轴冷却一般采用主轴内部水冷或气冷方式。

1、陶瓷轴承高速主轴工作原理图

上图为陶瓷轴承高速主轴工作原理图，采用C或B级精度角接触球轴承，轴承布置与传统磨床主轴结构相类似;采用“小珠密球”结构，滚珠材料Si3N4;采用电动主轴(电机与主轴作成一体);轴承转速特征值(=?轴径(mm)×转速(r/min))较普通钢轴承提高1.2?～ 2倍，可达0.5～1×106 。回转精度高，液体静压轴承回转误差在0.2μm以下，空气静压轴承回转误差在0.05μm以下;功率损失小;液体静压轴承转速特征值可达1×106 ，空气静压轴承转速特征值可达3×106。空气静压轴承承载能力较小。

与钢球相比，陶瓷轴承的优点是：

(1)陶瓷球密度减小60%，从而可大大降低离心力;

(2)陶瓷弹性模量比钢高50%，使轴承具有更高刚度;

(3)陶瓷摩擦系数低，可减小轴承发热、磨损和功率损失;

(4)陶瓷耐磨性好，轴承寿命长。

2、磁浮轴承高速主轴

上图为磁浮轴承高速主轴工作原理图，主轴由两个径向和两个轴向磁浮轴承支承，磁浮轴承定子与转子间空隙约0.1mm。?刚度高，约为滚珠轴承主轴刚度10倍。?转速特征值可达4×106 。?回转精度主要取决于传感器的精度和灵敏度，以及控制电路性能，目前可达0.2μm。?机械结构及电路系统均较复杂;又由于发热多，对冷却系统性能要求较高。

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