2025-05-19

高速切削加工中电主轴的运用

为了提高加工效率和加工质量,电主轴(图1)的运用成为当今机床制造技术的发展趋势,采用电主轴的高速切削加工技术目前越来越多,高速切削加工与传统切削加工的参数比较见表1。表2所列为目前国外常用电主轴参数。

电主轴组件包括: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。

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电主轴主要技术及发展趋势如下:

1∙高速轴承技术。电主轴通常采用复合陶瓷轴承,耐磨耐热,寿命是传统轴承的几倍;有时也采用电磁悬浮轴承,或静压轴承,主轴与轴承不接触,理论上寿命无限长。也可以采用钢轴承。可以通过液压压力来改变轴承的预紧力,以适应不同的切削状态。


2∙高速电机技术。电主轴是电机与主轴融为一体,电机的转子即为主轴的旋转部分,理论上可以把电主轴看作一台高速电机。其关键技术是高速度下的动平衡。


3∙润滑。电主轴的润滑一般采用定时定量油气润滑,通过定量阀,精确地控制每次润滑油的注入量。润滑油通过轴承外圈上的小孔直接到达滚珠,轴承工作在更高的*限转速,且能节省润滑油的消耗量。


4∙冷却装置。为了尽快给高速运行的电主轴散热,通常对电主轴的外壁通以循环冷却剂,使主轴保持一定的温度。主轴中心冷却,30000r/min 之内都可以采用刀具内冷,冷却液压力可达8MPa。


5∙内置脉冲编码器。为了实现自动换刀以及刚性攻丝,电主轴内置一脉冲编码器,以实现准确的相角控制以及与进给的配合。


6∙自动换刀装置。为了应用于加工中心,电主轴配备了自动换刀装置,包括碟形簧、拉刀油缸。


7∙高速刀具的装卡方式。广泛采用了 HSK、SKI 等高速刀具接口。


8∙高频变频装置。要实现电主轴每分钟几万转甚至十几万转的转速,必须用高频变频装置来驱动电主轴的内置高速电机,变频器的输出频率甚至需要达到几千赫兹。


9∙气封。电主轴的前端采用气封,保证灰尘、冷却液等不进入主轴轴承。


10∙主轴轴向尺寸动态补偿。在位置精度要求*高的情况下,可以在电主轴上设置一检测元件来检测电主轴的轴向尺寸变 化,尺寸的变化量被转化1V/10μm 的模拟信号,送到数控系统进行动态的尺寸闭环补偿。


综上所述,电主轴作为现代高速切削加工技术的核心部件,集成了电机驱动、高速轴承、精准润滑、智能冷却、自动换刀及精密控制等多项先进技术,显著提升了机床的加工效率与加工质量。其紧凑化、智能化、高速高精的发展趋势,充分契合了现代制造业对高性能、柔性化和自动化加工系统的需求。随着材料技术、控制技术和制造工艺的持续进步,电主轴将在航空航天、模具制造、汽车工业等高端制造领域中发挥更加关键的作用,并持续引领数控机床向高端化、集成化方向发展。

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