電機(jī)主軸結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)成

傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)通常有三種方式：電機(jī)經(jīng)過有限級齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)主軸的方式，電機(jī)經(jīng)過同步帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)主軸的方式，電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸的方式。它們分別適用于大、中、小轉(zhuǎn)矩的場合。

這幾種傳動(dòng)方式如果用于高速場合，會(huì)出現(xiàn)皮帶打滑，振動(dòng)和噪聲加大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的缺點(diǎn)，從而影響零件的表面加工質(zhì)量。

1、電主軸結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)成

所謂電主軸結(jié)構(gòu)就是將電機(jī)的轉(zhuǎn)子直接作為機(jī)床的主軸，主軸單元的殼體就是電機(jī)座，并配合其他安全保障措施，實(shí)現(xiàn)電機(jī)與機(jī)床主軸的一體化。電主軸結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)成如圖1所示，它通常由電主軸單元、軸承及其潤滑單元、主軸冷卻單元以及動(dòng)平衡單元組成。

圖1 電主軸結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)成

2、典型結(jié)構(gòu)

圖2為內(nèi)裝式電主軸結(jié)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子與機(jī)床的主軸間是靠過盈套筒的過盈配合實(shí)現(xiàn)扭矩傳遞的，其過盈量是按所傳遞扭矩的大小計(jì)算出來的。在主軸上取消了一切形式的鍵連接和螺紋連接，便于使主軸運(yùn)轉(zhuǎn)部分達(dá)到精確的動(dòng)平衡。由于轉(zhuǎn)子內(nèi)孔與主軸配合面之間有很大的過盈量，因此，在裝配時(shí)必須先在油浴中將轉(zhuǎn)子加熱到200℃左右，然后迅速進(jìn)行熱壓裝配。電動(dòng)機(jī)的定子通過一個(gè)冷卻套固裝在電主軸的殼體中。電主軸的過盈套筒直徑在33～250mm之間有十幾個(gè)規(guī)格，Z高轉(zhuǎn)速可達(dá)180000r/min，功率可達(dá)70kW。

(a)電動(dòng)機(jī)置于主軸前后兩輛承之間；(b)電動(dòng)機(jī)置于后軸承之后

圖2 內(nèi)裝式電主軸結(jié)構(gòu)

根據(jù)電動(dòng)機(jī)和主軸軸承相對位置的不同，電主軸的布局有兩種方式：

（1）電動(dòng)機(jī)置于主軸前后兩軸承之間（如圖2（a）所示）。此種布局的優(yōu)點(diǎn)是：電主軸單元的軸向尺寸較小，主軸剛度高、出力大，適用于大中型加工中心。大多數(shù)加工中心采用此種結(jié)構(gòu)的布局方式。

（2）電動(dòng)機(jī)置于后軸承之后（如圖2（b）所示）。此時(shí)主軸箱與電動(dòng)機(jī)作軸向同軸布置（也可用聯(lián)軸節(jié)）。其優(yōu)點(diǎn)是：前端的徑向尺寸可減小，電動(dòng)機(jī)的散熱條件較好。但整個(gè)電主軸單元的軸向尺寸較大，與主軸的同軸度不易調(diào)整。這種布局方式常用于小型高速數(shù)控機(jī)床，尤其適用于加工模具型腔的高速精密機(jī)床。

前后軸承間的跨距及主軸前端的伸出量，均應(yīng)按靜剛度和動(dòng)剛度的要求來計(jì)算。

另一種類型的電主軸結(jié)構(gòu)采用內(nèi)埋式永磁同步電動(dòng)機(jī)，如圖3所示。主軸部件由高速精密陶瓷軸承支撐于電主軸的外殼中，外殼中還安裝有電動(dòng)機(jī)的定子鐵芯和三相定子繞組。為了有效地散熱，在外殼體內(nèi)設(shè)置有冷卻管路。主軸系統(tǒng)工作時(shí)，由冷卻泵打入冷卻液帶走主軸單元內(nèi)的熱量，以保證電主軸的正常工作。主軸為空心結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部和頂端安裝有刀具的拉緊和松開機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)刀具的自動(dòng)換刀。主軸外套內(nèi)有電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子，主軸端部還裝有激光角位移傳感器，以實(shí)現(xiàn)對主軸旋轉(zhuǎn)位置的閉環(huán)控制，保證在自動(dòng)換刀時(shí)能實(shí)現(xiàn)主軸的準(zhǔn)停和螺紋加工時(shí)C軸與Z軸的準(zhǔn)確聯(lián)動(dòng)。

（來源：數(shù)控機(jī)床網(wǎng)）