電機主軸結構的基本構成

傳統(tǒng)數(shù)控機床主軸驅動通常有三種方式：電機經(jīng)過有限級齒輪傳動驅動主軸的方式，電機經(jīng)過同步帶傳動驅動主軸的方式，電機直接驅動主軸的方式。它們分別適用于大、中、小轉矩的場合。

這幾種傳動方式如果用于高速場合，會出現(xiàn)皮帶打滑，振動和噪聲加大，轉動慣量大的缺點，從而影響零件的表面加工質(zhì)量。

1、電主軸結構的基本構成

所謂電主軸結構就是將電機的轉子直接作為機床的主軸，主軸單元的殼體就是電機座，并配合其他安全保障措施，實現(xiàn)電機與機床主軸的一體化。電主軸結構的基本構成如圖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平衡單元組成。

圖1 電主軸結構的基本構成

2、典型結構

圖2為內(nèi)裝式電主軸結構。電動機的轉子與機床的主軸間是靠過盈套筒的過盈配合實現(xiàn)扭矩傳遞的，其過盈量是按所傳遞扭矩的大小計算出來的。在主軸上取消了一切形式的鍵連接和螺紋連接，便于使主軸運轉部分達到精確的動平衡。由于轉子內(nèi)孔與主軸配合面之間有很大的過盈量，因此，在裝配時必須先在油浴中將轉子加熱到200℃左右，然后迅速進行熱壓裝配。電動機的定子通過一個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之間有十幾個規(guī)格，Z高轉速可達180000r/min，功率可達70kW。

(a)電動機置于主軸前后兩輛承之間；(b)電動機置于后軸承之后

圖2 內(nèi)裝式電主軸結構

根據(jù)電動機和主軸軸承相對位置的不同，電主軸的布局有兩種方式：

（1）電動機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構的布局方式。

（2）電動機置于后軸承之后（如圖2（b）所示）。此時主軸箱與電動機作軸向同軸布置（也可用聯(lián)軸節(jié)）。其優(yōu)點是：前端的徑向尺寸可減小，電動機的散熱條件較好。但整個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)控機床，尤其適用于加工模具型腔的高速精密機床。

前后軸承間的跨距及主軸前端的伸出量，均應按靜剛度和動剛度的要求來計算。

另一種類型的電主軸結構采用內(nèi)埋式永磁同步電動機，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機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)設置有冷卻管路。主軸系統(tǒng)工作時，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。主軸為空心結構，其內(nèi)部和頂端安裝有刀具的拉緊和松開機構，以實現(xiàn)刀具的自動換刀。主軸外套內(nèi)有電動機轉子，主軸端部還裝有激光角位移傳感器，以實現(xiàn)對主軸旋轉位置的閉環(huán)控制，保證在自動換刀時能實現(xiàn)主軸的準停和螺紋加工時C軸與Z軸的準確聯(lián)動。

（來源：數(shù)控機床網(wǎng)）