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電機主軸結構的基本構成

2023-02-02

傳統(tǒng)數(shù)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(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(tǒng)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(xiàn)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(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)

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