作者：张曙、卫汉华
主轴部件是机床的心脏，是保证机床工作精度的关键部件。与驱动装置一样，数控机床的主轴部件也是经历了一个不断创新、从沿袭传统机床设计到专业化设计的发展过程。
传统机床主轴
传统机床主轴的驱动方式是电机轴线和主轴的轴线互相平行，电机通过皮带或齿轮间接地驱动主轴。这种驱动方式在机床的机械设计上带来许多方便，包括：
- 机床切削工件时产生轴向和径向力由主轴承受，电机仅提供旋转力矩和转速，匹配和更换比较简单。
- 可利用齿轮和皮带轮改变传动比，实现速度调节的目的。
- 主轴后端没有电机的阻挡，便于安装送料机构或刀具夹紧机构等。
电主轴的诞生
随着高速加工的应用，传统的主轴间接驱动方式开始不能满足数控机床性能的要求。由于当主轴转速提高到一定水平后，传动皮带开始受离心力的作用而膨胀，传动效率急剧下降，传动齿轮的发热和噪音问题也开始变得严重。
为了解决间接传动的转速瓶颈，机床设计人员开始研究将电机和主轴同轴配置，由电机通过联轴节直接驱动主轴。这种驱动方式尽管取消了皮带和齿轮等中间传动带来的问题，但同时又为刀具夹紧机构的配置带来了新的问题。
一种新型功能部件—电主轴的出现，从根本上解决了主轴直接驱动的问题。电主轴是将电机的转子和主轴集成为一个整体。中空的、直径较大的转子轴同时也是机床的主轴，它有足够的空间容纳刀具夹紧机构或送料机构。
图 2：典型电主轴的结构电主轴的优点
电主轴有许多优点：
- 由变频器供电，可以实现很高的转速和大范围的速度调节。
- 由于主轴和电机的一体化，没有任何中介传动机构，动态响应表现优异。
- 电主轴的结构紧凑，与机床其它子系统之间的界面简单，大大减少机床设计和装配调试的工作量。
由于电主轴的技术含量高，它的设计和生产逐渐从机床企业中独立出来，出现了一个崭新的产业—电主轴专业制造商。
面临的三大挑战
电主轴是机电一体化技术的系统，它包括了承担速度调节和提供扭矩的变频器和机械结构两大部分。这里主要阐述机械结构设计面临的主要挑战。
1. 主轴系统的设计
电主轴主要应用在高速加工，在切削工件时要同时承受高转速和高负载，在机械结构上，电主轴的内孔直径必须够大，才能容纳诸如刀具夹紧等机构，而其外径却受空间和重量的限制。因此，可供安放轴承的空间非常有限。目前通常采取的方案是在主轴前后端分别配置一组轻型角接触陶瓷滚珠轴承并施加预载荷。除了采用陶瓷滚珠轴承以外，某些电主轴供应商也采取动压或静压轴承的方案。
本文原创来源：电气TV网，欢迎收藏本网址，收藏不迷路哦！
添加新评论