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電機主軸結構的基本構成

發布時間：2023-02-02

傳統數控機床主軸驅動通常有三種方式：電機經過有限級齒輪傳動驅動主軸的方式，電機經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 內裝式電主軸結構

根據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（也可用聯軸節）。其優點是：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整。這種布局方式常用于小型高速數控機床，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，在外殼體內設置有冷卻管路。主軸系統工作時，由冷卻泵打入冷卻液帶走主軸單元內的熱量，以保證電主軸的正常工作。主軸為空心結構，其內部和頂端安裝有刀具的拉緊和松開機構，以實現刀具的自動換刀。主軸外套內有電動機轉子，主軸端部還裝有激光角位移傳感器，以實現對主軸旋轉位置的閉環控制，保證在自動換刀時能實現主軸的準停和螺紋加工時C軸與Z軸的準確聯動。

（來源：數控機床網）