高速电主轴轴承油气润滑系统的研究

第1期(总第134期)

2006年2月机械工程与自动化

M ECHAN I CAL EN G I N EER I N G &　AU TOM A T I ON N o 11

Feb 1

文章编号:167226413(2006)0120037203

高速电主轴轴承油气润滑系统的研究

闫大鹏,吴玉厚,张　柯

(沈阳建筑大学交通与机械工程学院,辽宁　沈阳　110168)

摘要:高速电主轴轴承高速旋转时,轴承内部将产生大量摩擦热,从而影响轴承刚度性能及高速性能,轴承润滑可以减少热量的产生,降低温升。油气润滑系统相对于其它润滑系统更适应于高速主轴轴承的润滑要求

。对油气润滑的工作原理及其优越性等方面进行了分析。关键词:高速电主轴;油气润滑;研究

中图分类号:TH 133133∶TH 11712 文献标识码:A

国家自然科学基金资助项目(50475167);辽宁省自然科学基金资助项目(20042002)收稿日期:2005208229

作者简介:闫大鹏(19792),

男,辽宁铁岭人,硕士研究生。

0　引言

滚动轴承润滑的目的是减少轴承内部摩擦及磨

损,防止烧粘,延长疲劳寿命,排出摩擦热,冷却轴承。传统的滚动轴承润滑方法,如油杯润滑法、飞溅润滑法、循环润滑法、油雾润滑法和脂润滑等均已不能满足高速主轴轴承对润滑的要求。这是因为高速主,而且对供油量也有着严格要求。通过大量实验数据建立了轴承的温升与供油量之间的关系曲线(见图1)。由该曲线可以看

图1　电主轴轴承温升与供油量的关系曲线

出:轴承的温升随着供油量的增大做非单调的变化,即为了取得最佳润滑效果,供油量过多或过少都是有害的。而前几种润滑方法均无法准确地控制供油量多少,仅适用于中、低速滚动轴承润滑,而油雾润滑系统也很难可靠地向各个轴承供应油量几乎恒定不变的润滑油,使各个摩擦点的油量始终处于一种波动状态,时多时少的润滑油量不利于主轴轴承转速的提高和寿命的提高。而新近发展起来的油气集中润滑系统则可以

精确地控制各个摩擦点的润滑油量,可靠性极高,因而可在高速主轴轴承领域应用。1　油气润滑的原理

油气润滑技术就是利用压缩空气将微量的润滑油分别连续不断地、精确地供给每一套主轴轴承,微小油滴在滚动体和内外滚道间形成弹性动压油膜,而压缩空气则带走轴承运转所产生的部分热量。油气润滑系统的工作原理见图2。每隔一定时间由定量柱塞泵分配器定量输出的微量润滑油,在混合阀中与压缩空

1——浮动开关;2——油箱;3——柱塞泵+分配器;4——混合阀;5——喷嘴;6——压力开关(空气);7——压力控制阀;8——压缩空气入口;9——方向阀

图2　油气集中润滑系统原理图

气混和后,经内径2mm ～4mm 的尼龙管以及安装在

轴承近处的喷嘴进入轴承内,停留在摩擦点处。

油气在尼龙管中的流动状态见图3。由图3可以看出经混合阀输出的油气应该称为“油+气”,

微小油图3　油气在尼龙管中的流动状态

滴沿管壁波状分布,油和气实际上是呈分离状态的,并且由流动的压缩空气带着管壁上波状分布的润滑油一起连续不断地向前输送。2　油气润滑系统的组成

图4为油气润滑装置结构示意图。211　供油部分

供油部分主要由油泵、油箱、溢流阀、

过滤器和压力控制器、递进式给油器组成,各元件都是根据系统的供油量选定的。油泵为2台,1台工作,1台备用,通过电子监控装置启动或停止。由于油气润滑的耗油量比较小,所以泵的排量一般比较小,工作压力较高。

1——供气阀;2——压力气开关;3——压力油开关;4——油泵电动机;5——控制器;6——油气输出;7——分配阀;

8——油过滤器;9——油泵;10——空气过滤调节器

图4　油气润滑装置结构示意图

212　供气部分

供给的压缩空气应该清洁而干燥,必须先经过油水

分离及空气过滤。当油气润滑系统启动时,压缩空气由电磁阀接通,经过减压使排出的气压为014M Pa ～016M Pa ,在排气管线上装有压力控制器以保证工作中有足够的气压。213　油气混合部分

油和气在混合器中混合,要使油能很好地雾化成

油滴,均匀地分散在管道内表面。油气混合有多种规格的供油量可供选择。如果润滑点在两个以上,油气混合物还必须经油气分配阀均匀地和适量地供给每个润滑点。油和压缩空气在油气混合块中进行混合。图4是递进式分配器和油气混合块集成在一起的情况,块的上部是递进式分配器而下部是油气混合块,递进式分配器输出的油直接进入油气混合块中和压缩空气

混合输出的就是油气了。214　油气分配部分

油气混合体在进入各个摩擦副之前,应该按摩擦副的需要均匀地被分配供给,油气分配器是具有上述功能的一个部件。在润滑点相对较少的场合,也可不使用油气分配器,而是将从油气混合器出来的油气混合体直接供给各个摩擦副。3　油气润滑技术的主要优点

油气润滑系统克服了油雾润滑及油脂润滑的缺点,具有如下众多的优点:

(1)可以根据实际需要选择润滑点数和各润滑点所需要的油量,并节约润滑剂。因为油雾可以任意扩散,几乎不可能对单个轴承定量供油,油脂润滑的一次加脂根本谈不上定量供应,而油气润滑的油则以微滴形式进入轴承,所以润滑点数可以在油路设计时任意控制,各润滑点的油量可以通过油气装置定时、定量单独供应,这样就易于实现按需供应,避免浪费,因而油的用量只占油雾润滑的1 10。

(2)油气润滑可保持轴承承载部位的摩擦点总有新鲜的润滑剂。而油脂润滑的油脂有一定的使用周期,在前期润滑油较多,易搅动发热,到后期则不足,不能形成良好的润滑条件,由于补充油脂时操作繁琐,在实际应用中大多是一次性加脂直到轴承更换为止。

(3)油气润滑可使轴承温升减小。试验证明,在相同的转速下,同一型号、同样工况的主轴轴承使用油气润滑可以比用油雾润滑外圈温升降低9℃～16℃;

若保持轴承外圈温升相同,则油气润滑可使轴承速度因数提高25%以上。

(4)油气润滑对环境无污染或少污染。由于“油+气”通过轴承之后排出的基本是压缩空气,本身不含油或含油量极少,较之油雾润滑,更利于操作者健康。

(5)由于轴承内部不断有新鲜润滑油补充和新鲜空气流出,外来杂质很难进入,内部污物也易排出,因而可以提高轴承的使用寿命。4　油气润滑系统的技术要求

油气集中润滑系统是将具有一定压力的压缩空气和润滑油混合后,形成条纹状油液微滴,进入轴承内

?83?　机械工程与自动化 2006年第1期　

部摩擦点处,因而对润滑油和压缩空气均有一定技术要求。

411　润滑油的技术要求

选择润滑油时,要确保油膜不能太厚。因为当油膜很薄时,油的黏度增大未必会相应地增大摩擦力矩。所以,在相同使用条件下,要选择比样本提供的参考黏度值大5倍～10倍的润滑油,以确保有良好的黏度和润滑性能。ISOV G 32～ISOV G 100导轨油是很适合的;在重载条件下还可选用耐高压含有添加剂的油。应避免使用黏度在ISOV G 22以下的润滑油。禁止使用含有二硫化钼添加剂的润滑油,因为这种润滑油中的二硫化钼会停留在喷嘴内孔处,从而阻塞喷嘴;此外,二硫化钼的喷镀作用也会增大轴承粗糙度,加剧磨损。412　润滑油量的选用

润滑油量一直是轴承使用者非常关心的问题,

使摩擦转矩和轴承温度达到最佳数值时所需的油量是比较少的。过多的润滑油只能增加轴承的搅油损耗而使轴承温升增大。由图1可以看出轴承的温升随供油量的变化不是单调的,对于不同的轴承来说,该趋势具有共性。有文献介绍可以用以下公式近似计算轴承所需要的润滑油用量Q (mm 3 h ):

Q =W dB 。(1)…………………………………式中:W ——系数,W =0101mm h ;

d ——轴承内径,mm ;B ——轴承宽度,mm 。413　压缩空气的技术要求

压缩空气必须干燥,且过滤精度应在3Λm 以上,如果条件许可,还可以配置一个具有自动排水功能的常规水分干燥器将水分分离出来。为了准确无误地传送润滑油,内径为2mm ～4mm 的管子里空气总流量大致为20L m in ～50L m in 。

空气压力必须与流量、管路长度、管路内径、轴承的内压力损失相匹配。对于技术参数一定的油气集中润滑系统而言,改变润滑周期和空气压力是允许的。为了克服轴承内部的背压,进入轴承内部的压缩空气必须具备一定压力,一般为

013M Pa ～015M Pa ,轴承入口处压力不应低于0115M Pa ～012M Pa 。5　油路及供油方式设计

由于油气润滑每次仅有很少量的润滑剂进入轴承

摩擦部位,为了使高速主轴轴承达到理想的润滑状态,油路及供油方式的设计非常严格。高速电主轴常用轻系列角接触球轴承,供油最佳润滑方式为从一边进入轴承内部,如图5(a )所示,喷嘴孔应与内圈齐平,不能指向保持架。但在实际应用中,

由于尺寸所限往往采用图5(b )的结构。在油路设计时要尽量避免管子截面的变化,尽量减少油路弯折,如果结构所限,则尽量保持变化部位的光滑过渡。同时,要保证“油+气”中气体的出口畅通。

图5　轴承的供油方式

6　结论

油气润滑技术将微量的润滑油分别连续不断地、精确地供给每一套主轴轴承,并具有节能环保等优点,可靠性极高。但其对润滑油、压缩空气以及油路和供油方式都有一定的技术要求,所需设备复杂,成本很高。但是这些必将为高速电主轴未来的发展开辟新的途径,因此可在高速主轴轴承领域广泛应用。

参考文献:

[1]　杨柳欣,李松生.高速电主轴轴承的油气润滑及其应用

[J ].轴承,2003(3):23225.

[2]　张松,韩晓红.高速主轴轴承的油气集中润滑系统[J ].制

造技术与机床,2000(4):23225.

[3]　于兆勤,方富　,肖曙红,等.高速电主轴热态特性的研究

[J ].广东工学院学报,1995,12(增刊):75279.

Research on O il -a ir L ubr ication System of H igh -speed Electr ic Sp i ndle

YAN Da -peng ,W U Y u -hou ,ZHANG Ke

(T raffic and M echanical Engineering Schoo l ,Shenyang J ianzhu U niversity ,Shenyang 110168,Ch ina )

Abstract :W hen the bearing of h igh 2speed sp indle is on h igh 2speed ro tati on ,there w ill be fricti on heat in side the bearing ,so that the rigidity and h igh 2speed perfo rm ance of bearing are influenced .L ub ricating bearing cou ld reduce the heat p roducing and temperatu re rising .Compared w ith o ther lub ricati on system s ,the o il 2air lub ricati on system is mo re app licab le fo r the bearing of h igh 2speed sp indle .T h is paper analyzes the w o rk ing p rinci p le and superi o rity of the o il 2air lub ricati on .Key words :h igh 2speed electric sp indle ;o il 2air lub ricati on ;research

?

93?　2006年第1期 闫大鹏,等:高速电主轴轴承油气润滑系统的研究

电主轴的介绍 090404041009

电主轴的介绍 1.概括：高速数控机床（CNC）是装备制造业的技术基础和发展方向之一，是装备制造业的战略性产业。高速数控机床的工作性能，首先取决于高速主轴的性能。数控机床高速电主轴单元影响加工系统的精度、稳定性及应用范围，其动力性能及稳定性对高速加工起着关键的作用。高速主轴单元的类型主要有电主轴、气动主轴、水动主轴等。不同类型的高速主轴单元输出功率相差较大。 2.电主轴的结构：电动机的转子直接作为机床的主轴，主轴单元的壳体就是电动机机座，并且配合其他零部件，实现电动机与机床主轴的一体化。 3. 优点：电主轴具有结构紧凑、重量轻、惯性小、振动小、噪声低、响应快等优点，而且转速高、功率大，简化机床设计，易于实现主轴定位，是高速主轴单元中的一种理想结构。电主轴轴承采用高速轴承技术，耐磨耐热，寿命是传统轴承的几倍。 4.电主轴的融合技术： 高速轴承技术 电主轴通常采用动静压轴承、复合陶瓷轴承或电磁悬浮轴承。 动静压轴承具有很高的刚度和阻尼，能大幅度提高加工效率、加工质量、延长刀具寿命、降低加工成本，这种轴承寿命多半无限长。 复合陶瓷轴承目前在电主轴单元中应用较多，这种轴承滚动体使用热压Si3N4陶瓷球，轴承套圈仍为钢圈，标准化程度高，对机床结构改动小，易于维护。 电磁悬浮轴承高速性能好，精度高，容易实现诊断和在线监控，但是由于电磁测控系统复杂，这种轴承价格十分昂贵，而且长期居高不下，至今没有得到广泛应用。 高速电机技术 电主轴是电动机与主轴融合在一起的产物，电动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动机。关键技术是高速度下的动平衡； 润滑

电主轴的润滑一般采用定时定量油气润滑；也可以采用脂润滑，但相应的速度要打折扣。所谓定时，就是每隔一定的时间间隔注一次油。所谓定量，就是通过一个叫定量阀的器件，精确地控制每次润滑油的油量。而油气润滑，指的是润滑油在压缩空气的携带下，被吹入陶瓷轴承。油量控制很重要，太少，起不到润滑作用；太多，在轴承高速旋转时会因油的阻力而发热。 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，冷却装置的作用是保持冷却剂的温度。 高速刀具的装卡方式 广为熟悉的BT、ISO刀具，已被实践证明不适合于高速加工。这种情况下出现了HSK、SKI等高速刀具。 高频变频装置 要实现电主轴每分钟几万甚至十几万转的转速，必须用一高频变频装置来驱动电主轴的内置高速电动机，变频器的输出频率必须达到上千或几千赫兹。 电主轴的运动控制 在数控机床中，电主轴通常采用变频调速方法。目前主要有普通变频驱动和控制、矢量控制驱动器的驱动和控制以及直接转矩控制三种控制方式。 普通变频为标量驱动和控制，其驱动控制特性为恒转矩驱动，输出功率和转速成正比。普通变频控制的动态性能不够理想，在低速时控制性能不佳，输出功率不够稳定，也不具备C轴功能。但价格便宜、结构简单，一般用于磨床和普通的高速铣床等。 矢量控制技术模仿直流电动机的控制，以转子磁场定向，用矢量变换的方法来实现驱动和控制，具有良好的动态性能。矢量控制驱动器在刚启动时具有很大的转矩值，加之电主轴本身结构简单，惯性很小，故启动加速度大，可以实现启动后瞬时达到允许极限速度。这种驱动器又有开环和闭环两种，后者可以实现位置和速度的反馈，不仅具有更好的动态性能，还可以实现C轴功能；而前者动态性能稍差，也不具备C轴功能，但价格较为便宜。 直接转矩控制是继矢量控制技术之后发展起来的又一种新型的高性能交流调速技术，其控制思想新颖，系统结构简洁明了，更适合于高速电主轴的驱动，更能满足高速电主轴高转速、宽调速范围、高速瞬间准停的动态特性和静态特性的要求，已成为交流传动领域的一个热点技术。 5.电主轴的发展趋势：随着机床技术、高速切削技术的发展和实际应用的需要，对机床电主轴的性能也提出了越来越高的要求，

高速电主轴及其结构

高速电主轴及其结构报告 姓名：周李念 学号： 班级：机自实验04班 重庆大学机械工程学院

高速电主轴及其结构 周李念 （重庆大学机械工程学院机自实验04班） 摘要：高速加工能显著地提高生产率、降低生产成本和提高产品加工质量，是制造业发展的重要趋势，也是一项非常有前景的先进制造技术。实现高速加工的首要条件是高质量的高速机床，而高速机床的核心部件是高速电主轴单元，它实现了机床的“零传动”，简化了结构，提高了机床的动态响应速度，是一种新型的机械结构形式，其性能好坏在很大程度上决定了整台机床的加工精度和生产效率。 关键词：高速加工；电主轴；结构设计 1 高速电主轴概述 高速电主轴最早是用于磨削机床加工，逐步发展到加工中心电主轴及其他各行业机床主轴.典型的磨削电主轴的结构如图1 所示，传统的主轴一般是通过传动带、齿轮来进行传动驱动，而电主轴的驱动是将异步电机直接装入主轴内部，通过驱动电源直接驱动主轴进行工作，以实现机床主轴系统的零传动，形成“直接传动主轴”.从而减少中间皮带或者齿轮机械传动等环节，实现了机械与电机一体的主轴单元.电主轴不但减少了中间环节存在的打滑、振动和噪音的因素，也加速了主轴在高速领域的快速发展，成为满足高速切削，实现高速加工的最佳方案，其高转速、高精度、高刚性、低噪音、低温升、结构紧凑、易于平衡、安装方便、传动效率高等优点，使它在超高速切削机床上得到广泛的应用［1］. . 1 转轴；2 前轴承组；3 定子部件；4 转子部件；5 后轴承组；6 进-出水孔；7 进油孔；8 接线座；9 出油孔 图1 电主轴结构简图 高速电主轴的优点： 高速电主轴取消了由电机驱动主轴旋转工作的中间变速和传动装置（如齿轮、皮带、联轴节等），因此高速电主轴具有如下优点： （1）主轴由内装式电机直接驱动，省去了中间传动环节，机械结构简单、紧凑， 噪声低，主轴振动小，回转精度高，快速响应性好，机械效率高； （2）电主轴系统减少了高精密齿轮等关键零件，消除了齿轮传动误差，运行时更加平稳； （3）采用交流变频调速和矢量控制技术，输出功率大，调速范围宽，功率—扭矩特性好，可在额定转速范围实现无级调速，以适应各种负载和工况变化的需要； （4）可实现精确的主轴定位，并实现很高的速度、加速度及定角度快速准停，动态精度和稳定性好，可满足高速切削和精密加工的需要； （5）大幅度缩短了加工时间，只有原来的约 1/4； （6）加工表面质量高，无需再进行打磨等表面处理工序；

电主轴资料整理

金属切削机床 电主轴资料总结报告 2016.5

目录 一、电主轴简介 (3) 二、电主轴的性能 (3) 1.电主轴的静态特性 (3) 2.电主轴的动态特性 (4) 三、电主轴的润滑，冷却方式 (4) 1.液体冷却 (4) 2.空气强制冷却 (5) 四、电主轴的振动问题 (5) 五、电主轴的支撑方式 (6) 六、参考文献 (6)

一、电主轴简介 电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术。高速数控机床主传动系统取消了带轮传动和齿轮传动。机床主轴由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”。这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此可做成“主轴单元”，俗称“电主轴”。 电主轴的主要特点如下： (1)电主轴系统减少了高精密齿轮等关键零件，消除了齿轮传动误差。 (2)减少了主轴的振动，减小了噪声，提高了主轴的回转精度。 (3)用交流变频调速和矢量控制，输出功率大，调速范围宽，功率一扭矩特 性好。 (4)机械结构简单，转动惯量小，快速响应性好，能实现很高的速度和加速 度及定角度的快速准停。 二、电主轴的性能 1.电主轴的静态特性 电主轴的静刚度简称主轴刚度，是机床主轴系统重要的性能指标，它反映主轴单元抵抗静态外载荷的能力，与负荷能力及抗振性密切相关。主轴单元的弯曲刚度足，定义为使主轴前端产生单位径向位移d时，在位移方向所需施加的力f，轴单元的轴向刚度，定义为使主轴轴向产生单位位移时，在轴向所需施加的力。一般情况，弯曲刚度远比轴向刚度重要，是衡量主轴单元刚度的重要指标，通常用来代指主轴的刚度。它与主轴单元的悬伸量、跨距、几何尺寸、主轴材料的物理性能及轴承刚度有关。

高速主轴单元(电主轴)的工作原理及国内外的发展状况

石油大学2012-2013学年第二学期《现代制造技术》考查 姓名 班级 学号

高速主轴单元（电主轴）的工作原理及国内外的发展状况摘要：本文介绍了有关高速电主轴的工作原理和基本结构，以及高速电主轴的关键技术，综述其应用及国内外发展状况。 关键词：主轴；润滑；轴承；机床；发展状况 1、概述 高速数控机床（CNC）是装备制造业的技术基础和发展方向之一，是装备制造业的战略性产业。高速数控机床的工作性能，首先取决于高速主轴的性能。数控机床高速电主轴单元影响加工系统的精度、稳定性及应用范围，其动力性能及稳定性对高速加工起着关键的作用。高速电主轴是高速机床的核心部件 ,它将机床主轴与电机轴合二为一 ,即将主轴电机的定子、转子直接装入主轴组件的内 部 ,也被称为内装式电主轴 ,其间不再使用皮带或齿轮传动副 ,从而实现机床主轴系统的“零传动”。具有结构紧凑、重量轻、惯性小、动态特性好等优点 ,并改善了机床的动平衡 ,避免振动和噪声 ,在超高速机床中得到了广泛的应用。随着高速加工技术的迅猛发展和广泛应用 ,各工业部门特别是航天、航空、汽车、摩托车和模具加工等行业 ,对高速度、高精度数控机床的需求与日俱增。这迫切需要开发出更加优质的高速电主轴。高速电主轴是一套组件 ,它包括电主轴及其一些附件 :电主轴、高速变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置 ,因此它融合了高速轴承技术、冷却技术、润滑等技术。高速轴承技术是高速电主轴技术中很关键的技术。 2、电主轴的工作原理、典型结构及优点 2.1电主轴的工作原理 电主轴就是直接将空心的电动机转子装在主轴上，定子通过冷却套固定在主轴箱体孔内，形成一个完整的主轴单元，通电后转子直接带动主轴运转。 2.2电主轴的典型结构 电主轴单元典型的结构布局方式是电机置于主轴前、后轴承之间（如图所示），其优点是主轴单元的轴向尺寸较短，主轴刚度大，功率大，较适合于大、中型高速数控机床；其不足是在封闭的主轴箱体内电机的自然散热条件差，温升比较高。

电主轴综述

高速电主轴技术 乔志敏 S1203027 摘要:通过阐述了高速电主轴的发展历程、高速电主轴的结构以及高速电主轴设计制造过程中的关键技术，分析了高精度、高转速电主轴对数控机床性能的影响。实践证明，采用高速加工技术可以解决机械产品制造中的诸多难题，能够获得特殊的加工精度和表面质量，高精度高转速电主轴功能部件，对提高数控机床的性能具有极大的影响。 关键词：高速电主轴；高精度；数控机床 Abstract: Based on the development of high-speed motorized spindle and the main str ucture of the motorized and the key technologies in the manufacturing process of high -speed motorized spindle, it analyzes the high precision, high speed electric spindle of influence on the performance of the numerical control machine. Practice has proved t hat high-speed processing technology can solve many problems in the manufacturing of mechanical products, and it can obtain special machining accuracy and surface qual ity. High precision and high speed motorized spindle features have a great impact on t he performance of CNC machine tools . Keywords: high-speed motorized spindle, high precision, CNC machine

永磁同步电机在高速电主轴系统中的应用

永磁同步电主轴技术与应用 摘要： 伴随着高速高效高精加工技术的飞速发展，高端数控机床针对电主轴的技术需求深度和广度都不断拓展。特别是近几年来，基于永磁同步电机的电主轴技术与产品得到了快速的发展和广泛的应用。本文结合笔者在电主轴技术研究和产品开发过程中所涉及的关键技术问题，尤其是永磁同步电机在高速电主轴系统中的应用问题进行了广泛深入的探讨，希望以此对国内永磁同步电主轴产品技术开发与推广应用有所促进。 一、引言 高速高精高效加工，是数控机床永恒的追求目标和发展趋势。高效率需要高速度，在航空零件加工中尤为突出。飞机机身结构件的典型零件有梁、筋、肋板、框、壁板、接头、滑轨等类零件。且以扁平件、细长件、多腔件和超薄壁隔框结构件为主。毛坯为板材、锻件和铝合金挤压型材，90％以上为铝合金件。材料利用率仅为5％-10％左右，原材料去除量非常大大（1）。材料去除量大，在粗加工阶段，需要主轴具备足够的转矩输出能力，满足大吃刀切削。整理结构，多腔超博，又需要用小刀具清根，修光。小刀具则需要主轴有足够高的转速，以满足刀具的切削速度需求。因此，航空铝合金零件的加工就需要机床主轴不但具备低速大转矩输出，同时又能在小刀具加工时具备足够高（20000rpm以上）的工作转速。 在磨具加工行业，近年来大量使用的高速雕铣机，在高速电主轴的助推下，利用小刀具的微刀痕特点，大大提高了各种材质模具制造的精度和速度。随着雕铣机床的进一步发展，雕铣机也逐渐进入零件加工领域，因此对主轴的低速输出转矩也提出较高的要求。 平板电脑、苹果手机等高端电子消费品的快速发展，是当今时代最大的亮点之一。这类日用电子消费品，更新速度之快，不但让人眼花缭乱，而且使数控钻攻中心机得以急速发展。这类机床除了具备现代数控机床的基本特征外，必须具备在6000rpm以上高速刚性攻丝的能力。 综合上述三个典型的行业需求，需要数控机床电主轴同时具备三种特点，低速大转矩输出、20000rpm以上的工作转速、可以高速刚性攻丝。永磁同步电主轴则是同时具备这三个特征的最佳电主轴产品。本文就是通过对永磁同步电主轴基本结构，关键技术，以及在不同机床领域里的应用介绍，希望大家对永磁同步电主轴能有比较全面的认识和借鉴。 二、永磁同步电主轴的基本结构及其特点 永磁同步电主轴与传统电主轴的最大区别是采用了稀土永磁同步电机作为主轴的驱动动力源，除此之外，基本结构与异步电机驱动的电主轴结构基本相同。图1为典型的雕铣机用异步电主轴结构，图2为典型的雕铣机用永磁同步电主轴结构。两者结构上最大的区别是图1中的9为感应式鼠笼转子，图2中的16为稀土永磁转子。另外，图2中的20为编码器，是为了较高的速度控制精度而增加的速度和位置反馈元件。

电主轴轴承的装配方法

电主轴轴承的装配方法 1.专业装配的工装 轴承间隙测量,调整工具(很正规专业那种). 精密的标准平台,V型支撑,还有测量内外圆标高的仪器(全是瑞士产的), 还有一些手动工具. 动平衡测量,试验台. 最终的跑合试验台(自带润滑系统,动力系统的). 要求太高了相关的图纸,啊啊, 一套液压安装工具和一套感应加热工具.FAG和NSK都有商品供应. 角接触球轴承一般是成对使用的，有面对面，背对背、同向三种装配的方法，主要是看设计者的思路了，不同的装配方法做预加负载的方法也是不同的。作预加负载是使轴承的内圈与钢球、外圈之间产生一定的弹性变形，来适合你所需要的转速。预加负载的大小不但影响精度，而且影响它的使用寿命。比如背对背使用时，一般采取垫外圈或者磨内圈的方法来实现消除间隙，因为背对背使用时一般是用轴来限制轴承的位置，而外圈一般没有限制的。 2. 轴承安装，不同的人有不同的安装方法:过度配合(0.04mm以内)--开水烫或煮;过盈(0.04mm以上)---油煮等。 1、检查配合要求是否与负载和转速要求相同。 2、测量配合是否超标。 3、根据测量计算决定加热方式。保证轴承油隙。温度不宜超过300--400度。注意防风。不宜用明火加热。条件不许可非用明火时注意温度变化及温度的均匀性。 4、调整轴承的轴向间隙。外圈加垫。

5、用塞尺实测轴承油隙。对特大轴承的油隙最好在实际最大负载(偏载)下调整，要考虑现场温度对轴承的影响。 6、检查转动部份与不动部分是否干涉。 7、加油。注意污染。 8、现场运行监测。 轴承加热温度记得好像应该是小于120度吧 说得对～曾遇到过超过120C后轴承不能回复到原状,报废. 还有的轴承带润滑脂,也不能用热套. 热塑模芯杆, 为了节约材料, 准备用局部镶嵌式联接(相配直径φ30,长度30,用热套方式), 不转递扭矩: 请大家推荐过盈量是多少最合适, 热套零件会变形,二只零件热套后不再加工直接使用,行得通, 热套工艺适合热塑模具, 过盈量在:0---0.03以内。加热温度70度以内。国外轴承装配过盈量一般为0。我这装过几百支辊道辊，过盈量0.03--0.05，加热温度70--90。轴承是国外的。加热设备是自己做的。很土但很实用 对于精度要求较高的主轴组件,为了提高主轴的回转精度,除了要保证主轴及相关零件高的加工精度及采用精密的主轴轴承以外,轴承内圈与主轴装配需采用定向装配法或角度选配法,也就是人为地控制各装配件的径向跳动误差的方向,使误差相互抵消而不是误差累积. 电主轴是高速数控加工机床的“心脏部件”，本文介绍了电主轴的工作原理、典型结构，阐述了电主轴的关键技术，总结了其发展趋势。 关键词:电主轴陶瓷球混合轴承油气润滑 1、概述

高速滚动轴承保持架自由振动特性研究

收稿日期:2000203202　作者简介:周延泽(1964-),男,河北海兴人,在职博士生,100083,北京. 高速滚动轴承保持架自由振动特性研究 周延泽 王春洁 陆　震 (北京航空航天大学机械工程及自动化学院) 摘 要:通过对航空发动机主轴承保持架自由振动的计算分析,表明:保持 架不存在小于751.12H z 的固有频率;在整体按圆环的规律振动的同时,过梁和侧梁存在弯曲、剪切等局部振型;由于保持架的转动,存在不相等且与转动速度相关的前后行波频率,保持架可能共振的频率数目增多,而保持架又受到多种周期性的干扰,高速转动时更易激发共振,造成破坏,因此在设计中必须对保持架的振动问题给予重视. 关　键　词:滚动轴承;保持架;自由振动中图分类号:TH 133.33+4文献标识码:A 文章编号:100125965(2001)0520596204 保持架作为滚动轴承的组成元件,将滚动体沿圆周均匀地分开.在一般用途的轴承中,由于转速较低,保持架都能够满足工作要求.但是在航空发动机主轴承中,由于工作条件苛刻,转速高,对保持架也提出了较高的要求,特别是其动力特性直接影响到滚动轴承的性能和寿命.空军某机型主轴球轴承就曾多次发生过因保持架疲劳断裂造成的轴承失效,因此在设计中需要对保持架的动力学性能进行较为精确的计算和估计.国外在这方面的研究主要关注的是保持架的运动与不稳定性问题 [1]～[4] ,国内的研究比较少,对于其振动方 面的研究则鲜见报道. 航空发动机主轴承保持架一般为整体结构,为增大轴承承载能力和减轻重量,滚动体较多,滚动体间的距离较小,因而保持架结构柔性较大易变形;由于沿圆周方向质量不均匀,变形沿周向也不均匀;高速旋转的保持架类似于圆环,有圆环平面内的振动,同时有在垂直于环的平面内弯曲与扭转振动;由于采用套圈导引,因此变形受到限制,为约束振动,在振动分析中必须考虑相应的约束条件;激发振动的因素很多,其中球、套圈对保持架的冲击碰撞是直接因素,且规律比较复杂.保持架的各种振动将引起动应力,从而影响到其疲劳寿命,为此有必要对其振动特性进行研究.本文用有限元法对保持架在自由状态下的自由振动特性进行了研究. 1　保持架的自由振动 1.1　计算模型 以某航空发动机主轴球轴承为例进行计算分析.轴承参数为:内孔直径90mm ,滚动体数14,滚 动体直径22.225mm ,保持架材料为青铜合金,弹性模量E =1.05×1011Pa ,泊松比0.33. 有限元动力分析程序很多,本文采用Alg or (有限元计算程序)程序计算.考虑到保持架的形状及局部振型,有限元模型网格划分较密,共分为1008个8节点三维块单元,2296个节点.保持架在工作过程中,由外圈引导转动,计算中取自由边界条件. 本文计算了其前50阶自由振动的频率及相应的振动模态,由此可以研究其共振、变形及应力状态. 1.2　自由振动模态 保持架是圆环类零件,其振动具有环类零件振动[5]的特征,将计算结果进行归纳,其振动模态主要有以下几类. 1)环平面内的弯曲振动,即环平面内保持架沿圆周方向规则变形,如图1所示为周向波数n 分别为2,3,4时的模态.表1是计算得到的部分面内弯曲振动频率.因为保持架在圆环平面内的弯曲刚度较小,所以振动频率较低,因而在实际应用中也比较容易被激发,研究也最多.这种弯曲振 　 2001年10月第27卷第5期北京航空航天大学学报 Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics October 2001V ol.27　N o 15

电主轴油气润滑方式

电主轴油气润滑方式 简介： 在机加工行业，高速电主轴油气润滑系统的应用逐步增多，电主轴润滑使用油气润滑被越来越多的技术人员接受并使用。维持电 主轴高速运行时的精度和稳定性至关重要，需要使用油量可调可控的 油气润滑方式控制轴承温度的升... 在机加工行业，高速电主轴油气润滑系统的应用逐步增多，电主轴润 滑使用油气润滑被越来越多的技术人员接受并使用。维持电主轴高速 运行时的精度和稳定性至关重要，需要使用油量可调可控的油气润滑 方式控制轴承温度的升高。 电主轴的润滑方式通常有以下三种：油脂润滑、油雾润滑、油气润滑。这三种润滑通常应用在不同的场合，也有各自的优点：一、在主轴上，使用油脂润滑比较简单、易用，通用性较强，主要适用于低转速的主 轴运转；二、油雾润滑，其原理是润滑油被油雾发生器雾化为细小的 微粒与压缩空气混合被输送到轴承的润滑点，油雾润滑冷却和润滑效 果都非常良好，使用的系统设备简单，使用及维护非常容易。但传统 的油雾润滑技术耗油量较大，在供给润滑油过程中，对防护措施要求 比较严格，容易腐蚀机械设备、也会给周围环境造成污染，供油量很 难进行精确控制。三、油气润滑，其原理是压缩空气将定量少量的润 滑油连续不断，非常精准的输送到电主轴的轴承上加以润滑，这种润 滑方式，在能源危机和环境保护意识日益增强的形势下是非常适合的！ 电主轴油气润滑精准少量的供油方式不但不会造成环境污染，而且还 节约了大量能源，另外，也大大提高了电主轴运行的稳定性与可靠性，提高轴承使用寿命，降低运行成本，压缩空气也能带走轴承高速转动 所产生的热量。

目前，在电主轴油气润滑领域，多普赛的威普4油气润滑装置和斯普图尔经济型润滑装置应用较多，主要用在高速电主轴上。装置可以根据轴承的大小精确提供适量的润滑油，也可以根据实际的运行情况调整供油量，是非常适合用于高速电主轴的油气润滑系统。

电主轴的工作原理、典型结构及优点

电主轴的工作原理、典型结构及优点 打印引用发布时间：2010-04-25 电主轴是高速数控加工机床的“心脏部件”，本文介绍了电主轴的工作原理、典型结构，阐述了电主轴的关键技术，总结了其发展趋势. 1、概述 由于高速加工不但可以大幅度提高加工效率，而且还可以显著提高工件的加工质量，所以其应用领域非常广泛，特别是在航空航天、汽车和模具等制造业中。于是，具有高速加工能力的数控机床已成为市场新宠。目前，国内外各著名机床制造商在高速数控机床中广泛采用电主轴结构，特别是在复合加工机床、多轴联动、多面体加工机床和并联机床中。电主轴是高速数控加工机床的“心脏部件”，其性能指标直接决定机床的水平，它是机床实现高速加工的前提和基本条件。 2、电主轴的工作原理、典型结构及优点 2.1 电主轴的工作原理 电主轴就是直接将空心的电动机转子装在主轴上，定子通过冷却套固定在主轴箱体孔内，形成一个完整的主轴单元，通电后转子直接带动主轴运转。 2.2电主轴的典型结构 电主轴单元典型的结构布局方式是电机置于主轴前、后轴承之间（如图所示），其优点是主轴单元的轴向尺寸较短，主轴刚度大，功率大，较适合于大、中型高速数控机床；其不足是在封闭的主轴箱体内电机的自然散热条件差，温升比较高。 1主轴箱体 2冷却套 3冷却水进口 4定子 5转子 6套筒 7冷却水出口 8转轴 9反馈装置 10主轴前轴承 11主轴后轴承 2.3电主轴的优点 电主轴省去了带轮或齿轮传动，实现了机床的“零传动”，提高了传动效率。电主轴的刚性好、回转精度高、快速响应性好，能够实现极高的转速和加、减速度及定角度的快速准停（C轴控制），调速范围宽。 3、电主轴的关键技术 “电主轴”的概念不应简单理解为只是一根主轴套筒，而应该是一套组件，包括：定子、转子、轴承、高速变频装置、润滑装置、冷却装置等。因此电主轴是高速轴承技术、润滑技术、冷却技术、动平衡技术、精密制造与装配技术以及电机高速驱动等技术的综合运用。 3.1电主轴的高速轴承技术 实现电主轴高速化精密化的关键是高速精密轴承的应用。目前在高速精密电主轴中应用的轴承有精密滚动轴承、液体动静压轴承、气体静压轴承和磁悬浮轴承等，但主要是精密角接触陶瓷球轴承和精密圆柱滚子轴承。液体动静压轴承的标准化程度不高；气体静压轴承不适合于大功率场合；磁悬浮轴承由于控制系统复杂，价格昂贵，其实用性受到限制。

电主轴详细参数及安装

电主轴参数详解 1、主轴产品名称由组成为：安装尺寸-类别代号-主参数-设计序列号安装尺寸：指主轴与机床或主机的配合尺寸，一般指外径。 类别代号反映产品的用途和特点，由2?4位英文字母组成，从前往后分别代表主轴驱动方 式、应用领域、外形代号等含义。 2、应用方式说明： E——内装电机驱动主轴，即电主轴 M――皮带或连轴器驱动主轴，即机械主轴 3、应用领域说明 C――车床用主轴 X――铳床用主轴 Z――钻床用主轴 N——拉辗用主轴 M——磨床用主轴 S――试验机用驱动主轴 L 离心机用主轴 T――特殊用图主轴 4、外形代号说明 F――外形带法兰的主轴 H――电机后置式主轴 Y――其它异形主轴 5、主参数说明 主参数段由数字和一小写英文字母组成，总位数为3?4位，表示电主轴额定转速和润滑方 式，转速以kr/min表示；字母有g、m、a等，分别代表油脂、油雾、油气等润滑方式。 6、设计序列号说明 主轴代号最后一段为设计序号（可以没有），设计序号有1个英文字母或字母+数字组成, 以A、B、C…（后述特殊字母除外）顺序英文字母表示。 举例说明： 180MCF05g-A 安装尺寸一一0 180 MCF ――车削机械主轴，带法兰结构 最高转速一一5000 r/min 润滑一一油脂A――批量衍生产品 电主轴刀具的常见问题 7( 1、刀具无法夹紧

（1）碟形弹簧位移量太小，使主轴抓刀、夹紧装置无法到达正确位置，刀具无法夹紧。通过调整碟形弹簧行程长度加以排除。 （2）弹簧夹头损坏，使主轴夹紧装置无法夹紧刀具。通过更换新弹簧夹头加以排除 （3）碟形弹簧失效，使主轴抓刀、夹紧装置无法运动到达正确位置，刀具无法夹紧。通过更换新碟形弹簧加以排除。 （4）刀柄上拉钉过长，顶撞到主轴抓刀、夹紧装置，使其无法运动到达正确位置，刀具无法夹紧。通过调整或更换拉钉，并正确安装加以排除。 2、刀具夹紧后不能松开 （1）松刀液压缸压力和行程不够。通过调整液压力和行程开关位置加以排除。（2）碟形弹簧压合过紧，使主轴夹紧装置无法完全运动到达正确位置，刀具无 法松开。通过调整碟形弹簧上的螺母，减小弹簧压合量加以排除。 为什么电主轴强力切削时会停转？ （1）主轴电动机与主轴连接的传动带过松，造成主轴传动转矩过小，强力切削时主轴转矩不足，产生报警，数控机床自动停机。（通过重新调整主轴传动带的张紧力，加以排除。） （2）主轴电动机与主轴连接的传动带表面有油，造成主轴传动时传动带打滑， 强力切削时主轴转矩不足，产生报警，数控机床自动停机。（通过用汽油或酒精清洗后擦干净加以排除。） （3）主轴电动机与主轴连接的传动带使用过久而失效，造成主轴电动机转矩无法传动，强力切削时主轴转矩不足，产生报警，数控机床自动停机。（通过更换新的主轴传动带加以排除。） （4）主轴传动机构中的离合器、联轴器连接、调整过松或磨损，造成主轴电动机转矩传动误差过大，强力切削时主轴振动强烈。产生报警，数控机床自动停机。（通过调整、更换离合器或联轴器加以排除。） 高速电主轴 3 种常见故障 故障一、主轴发热 1、主轴轴承预紧力过大，造成主轴回转时摩擦过大，引起主轴温度急剧升高，可以通过重新调整主轴轴承预紧力加以排除； 2、主轴轴承研伤或损坏，造成主轴回转时摩擦过大，引起主轴温度急剧升高，可以通过更换新轴承加以排除； 3、主轴润滑油脏或有杂质，也会造成主轴回转时阻力过大，引起主轴温度升高，可以通过清洗主轴箱，重新换油加以排除； 4、主轴轴承润滑油脂耗尽或润滑油脂过多，也会造成主轴回转时阻力、摩擦过大，引起主轴温度升高，可以通过重新涂抹润滑脂加以排除；故障二、主轴强力切削时停转 1、主轴电动机与主轴连接的传动带过松，造成主轴传动转矩过小，强力切削时

高速电主轴的内部结构说明

高速电主轴的内部结构说明 高速主轴单元主要有高速电主轴，气动主轴和水动主轴。其中高速电主轴最为常见，高速电主轴单元是高速加工机场中最为关键的部件之一。目前大多数电主轴结构都是把加工主轴与电机转轴做成一体，以实现零传动。同时电机外壳带有冷却系统，高速电主轴主要有带冷却系统的壳体，定子、转子、轴承等部分组成，工作时通过改变电流的频率来实现增减速度。由于高速电主轴要实现高速运转，以下几个零部件质量直接影响着高速电主轴的性能。 （1）转轴是高速电主轴的主要回转体。他的制造精度直接影响电主轴的最终精度。成品转轴的形位公差尺寸精度要求很高，转轴高速运转时，由偏心质量引起震动，严重影响其动态性能，必须对转轴进行严格动平衡测试。部分安装在转轴上的零件也应随转轴一起进行动平衡测试。 （2）高速电主轴的核心支撑部件是高速精密轴承。因为电主轴的最高转速取决于轴承的功能、大小、布置和润滑方法，所以这种轴承必须具有高速性能好、动负荷承载能力高、润滑性能好、发热量小等优点。近年来，相继开发了动静压轴承、陶瓷轴承、磁浮轴承。动静压轴承具有很高的刚度和阻尼，能大幅度提高加工效率、加工质量、延长寿命，降低加工成本；而且这种寿命为半无限长。磁浮主轴的高速性能好、精度高、容易实现诊断和在线监控。但这种主轴由于电磁测控系统复杂，价格十分昂贵，而且长期居高不下，至今未能得到广泛应用。目前市场上应用最广泛的就是陶瓷轴承，一般的角接触陶瓷轴承内外圈都是钢圈，滚动体是陶瓷材料。陶瓷具有密度小，刚度好，热膨胀系数小等优点。而且在理论计算和接触疲劳试验和压碎试验表明，混合式陶瓷轴承首先失效的是钢圈而不是陶瓷球。由于前面三种轴承理论寿命均为无穷大，特别是磁悬浮轴承还具有自动调节偏心等优点，在未来超高速机床市场上，随着技术的发展，磁悬浮轴承应是发展方向。而在一般的高速加工机床中，混合式陶瓷轴承或纯陶瓷轴承也将具有广泛的使用场合。 （3）润滑系统 采用良好的润滑系统对高速电主轴性能有着重要的影响。典型的润滑方法是采用油雾润滑或气油混合物润滑。前者主是把润滑油雾化在对轴承进行润滑，润滑油不可再回收，对空污染较严重。后者是直接把润滑油利用高压空气吹进轴承，润滑作用的同时还起到散热的作用。(end) 文章内容仅供参考() ()(2010-7-1) 本文由无锡汽车租赁https://www.sodocs.net/doc/3619180109.html, 奶茶店加盟https://www.sodocs.net/doc/3619180109.html, 联合整理发布

国内外高速电主轴技术的现状与发展趋势

高速电主轴技术的现状与发展趋势高速数控机床（CNC）是装备制造业的技术基础和发展方向之一，是装备制造业的战略性产业。高速数控机床的工作性能，首先取决于高速主轴的性能。数控机床高速电主轴单元影响加工系统的精度、稳定性及应用范围，其动力性能及稳定性对高速加工起着关键的作用。 1、高速电主轴对数控机床的发展以及金属切削技术的影响 对于数控机床模块化设计、简化机床结构、提高机床性能方面的作用： (1)简化结构，促进机床结构模块化 电主轴可以根据用途、结构、性能参数等特征形成标准化、系列化产品，供主机选用，从而促进机床结构模块化。 (2)降低机床成本，缩短机床研制周期 一方面，标准化、系列化的电主轴产品易于形成专业化、规模化生产，实现功能部件的低成本制造；另一方面，采用电主轴后，机床结构的简单化和模块化，也有利于降低机床成本。此外，还可以缩短机床研制周期，适应目前快速多变的市场趋势。 (3)改善机床性能，提高可靠性 采用电主轴结构的数控机床，由于结构简化，传动、连接环节减少，因此提高了机床的可靠性；技术成熟、功能完善、性能优良、质量可靠的电主轴功能部件使机床的性能更加完善，可靠性得以进一步提高。 (4)实现某些高档数控机床的特殊要求 有些高档数控机床，如并联运动机床、五面体加工中心、小孔和超小孔加工机床等，必须采用电主轴，方能满足完善的功能要求。 2、促进了高速切削技术在机械加工领域的广泛应用 电主轴系由内装式电机直接驱动，以满足高速切削对机床“高速度、高精度、高可靠性及小振动”的要求，与机床高速进给系统、高速刀具系统一起组成高速切削所需要的必备条件。电主轴技术与电机变频、闭环矢量控制、交流伺服控制等技术相结合，可以满足车削、铣削、镗削、钻削、磨削等金属切削加工的需要。采用高速加工技术可以解决机械产品制造中的诸多难题，取得特殊的加工精度和

高速电主轴轴承油气润滑系统的研究

第1期(总第134期) 2006年2月机械工程与自动化 M ECHAN I CAL EN G I N EER I N G &　AU TOM A T I ON N o 11 Feb 1 文章编号:167226413(2006)0120037203 高速电主轴轴承油气润滑系统的研究 闫大鹏,吴玉厚,张　柯 (沈阳建筑大学交通与机械工程学院,辽宁　沈阳　110168) 摘要:高速电主轴轴承高速旋转时,轴承内部将产生大量摩擦热,从而影响轴承刚度性能及高速性能,轴承润滑可以减少热量的产生,降低温升。油气润滑系统相对于其它润滑系统更适应于高速主轴轴承的润滑要求 。对油气润滑的工作原理及其优越性等方面进行了分析。关键词:高速电主轴;油气润滑;研究 中图分类号:TH 133133∶TH 11712 文献标识码:A 国家自然科学基金资助项目(50475167);辽宁省自然科学基金资助项目(20042002)收稿日期:2005208229 作者简介:闫大鹏(19792), 男,辽宁铁岭人,硕士研究生。 0　引言 滚动轴承润滑的目的是减少轴承内部摩擦及磨 损,防止烧粘,延长疲劳寿命,排出摩擦热,冷却轴承。传统的滚动轴承润滑方法,如油杯润滑法、飞溅润滑法、循环润滑法、油雾润滑法和脂润滑等均已不能满足高速主轴轴承对润滑的要求。这是因为高速主,而且对供油量也有着严格要求。通过大量实验数据建立了轴承的温升与供油量之间的关系曲线(见图1)。由该曲线可以看 图1　电主轴轴承温升与供油量的关系曲线 出:轴承的温升随着供油量的增大做非单调的变化,即为了取得最佳润滑效果,供油量过多或过少都是有害的。而前几种润滑方法均无法准确地控制供油量多少,仅适用于中、低速滚动轴承润滑,而油雾润滑系统也很难可靠地向各个轴承供应油量几乎恒定不变的润滑油,使各个摩擦点的油量始终处于一种波动状态,时多时少的润滑油量不利于主轴轴承转速的提高和寿命的提高。而新近发展起来的油气集中润滑系统则可以 精确地控制各个摩擦点的润滑油量,可靠性极高,因而可在高速主轴轴承领域应用。1　油气润滑的原理 油气润滑技术就是利用压缩空气将微量的润滑油分别连续不断地、精确地供给每一套主轴轴承,微小油滴在滚动体和内外滚道间形成弹性动压油膜,而压缩空气则带走轴承运转所产生的部分热量。油气润滑系统的工作原理见图2。每隔一定时间由定量柱塞泵分配器定量输出的微量润滑油,在混合阀中与压缩空 1——浮动开关;2——油箱;3——柱塞泵+分配器;4——混合阀;5——喷嘴;6——压力开关(空气);7——压力控制阀;8——压缩空气入口;9——方向阀 图2　油气集中润滑系统原理图 气混和后,经内径2mm ～4mm 的尼龙管以及安装在

机床用高速主轴轴承技术

机床用高速主轴轴承技术 1 高速主轴轴承发展情况 为了适应机床主轴的高速要求，一般多使用刚性和高速性能优良的角接触球轴承，其次使用圆柱滚子轴承(见表1)。 与此同时逐步开发出与之相适应的润滑系统。从表述主轴轴承高速性能的dmN值(dm为轴承节圆直径mm，N为转速r/min)来看，脂润滑条件下dmN值在50×104以下。开发出油气润滑后，dmN值已达到100×104以上。此后在轴承方面又开发出了滚动体为陶瓷的角接触球轴承，实现了dmN值为200×104。到90年代开发出喷射润滑后，dmN值可达到300×104。 表1 主轴用滚动轴承特性比较 表2 陶瓷材料(Si3N4)与轴承钢(Gcr15)性能比较

1) 高速角接触球轴承 从表1可以看出圆锥滚子轴承，单列、双列圆柱滚子轴承在高速性能方面均劣于角接触球轴承。角接触轴承是具有接触角的轴承，接触角越大轴向刚度越好，但因为球与滚道之间的陀螺滑动和自旋滑动也大，因此发热也会增加。为了提高速度性能，方法是减小球的大小(或质量)，改变沟道的曲率系数，以减小球的离心力，降低高速运转时产生的内部载荷，同时增加球的数量以提高刚性。 2) 陶瓷球角接触球轴承 为了减少球质量以提高速度，推出了仅滚动体系用氮化硅(Si3N4)陶瓷的混合型陶瓷球轴承，其性能比较见表2。 作为高速主轴轴承材料，陶瓷(Si3N4)有以下优点： ·重量轻。由于密度比轴承钢小，高速旋转时滚动体产生的离心力小，旋转力矩可以减小，因此可以降低温升，提高寿命。 ·良好的导热性使陶瓷材料的滚动体在高速运转时不易与金属产生粘着。在润滑条件较好的情况下耐烧伤。 ·热膨胀小。滚动体与内圈接触时不易发生预紧力增加而导致游隙减小，出现烧伤。·由于硬度高、刚性好，轴承的变形小，主轴的刚性也得到提高。 因此，综上所述，采用陶瓷材料(Si3N4)作为滚动体，与轴承钢滚动体相比速度可提高约25%～35%，寿命可提高约3倍。 3) 新型混合角接触球轴承 在高速旋转时，内圈由于离心力而产生膨胀，与滚动体接触应力变大，使内部预载荷增加、游隙变小、发热增加。针对此问题，最近开发出内圈为不锈钢的新型混合陶瓷球轴承。由于不锈钢的线膨胀系数比轴承钢小20%，因而能进一步控制轴承在高速旋转时因内圈膨胀而造成的预载荷增加。在润滑条件充分，固定预载荷下dmN 值可提高1.2倍。 4) 内圈为陶瓷的混合角接触球轴承 近来有资料介绍，在定位预载紧的情况下，内圈也使用陶瓷材料的混合型角接触球轴承。因为内圈也使用陶瓷材料，轴承内径或滚道离心膨胀小，预紧的增加也较小，加之刚性好，球和滚道的接触面积小，所以发热和膨胀也较小，可以比仅球为陶瓷的轴承达到更高转速。但是，正是由于高速旋转时离心和膨胀小，它与金属制主轴之间的配合应力如果过大就可能产生破坏甚至碎裂。 3 高速化主轴轴承的润滑 主轴轴承的高速化发展趋势对润滑提出了更高的要求。传统dmN值在50×104以下

高速电主轴设计

高速电主轴设计 近10年随着高速加工技术的迅猛发展和日益广泛的应用，各工业部门，特别是航空航天、汽车工业、模具加工和摩托车工业等，对高速数控机床的需求量与日俱增。美、日、德、意和瑞士等工业发达国家已生产了多种商品化高速机床，下表列出了近几年在国际机床市场上出现的几种著名品牌的高速加工中 一般说来，高速机床都是数 控机床和精密机床，其传动 结构的最大特点是实现了机 床的“零传动”。从机床的主 传动系统来看，这种传动方 式取消了从主电动机到主轴 之间一切中间的机械传动环 节(如皮带、齿轮、离合器 等)，实现了主电动机与机床 主轴的一体化。这种传动方式有以下优点：1、机械结构最为简单，传动惯量小，因而快速响应性好，能实现极高的速度、加(减)速度和定角度的快速准停(C轴控制)。 (a)无矢量控制(b)有矢量控制 图1 扭矩—功率特性

采用交流变频调速和矢量控制的电气驱动技术，输出功率大，调速范围宽。有比较理想的扭矩——功率特性(图1b)，一次装夹既可实现粗加工又可进行高速精加工。实现了主轴部件的单元化，可独立做成标准化的功能部件，并由专业厂进行系列化生产。机床主机厂只需根据用户的不同要求进行选用，可很方便地组成各种性能的高速机床，符合现代机床设计模块化的发展方向。电主轴的机械结构虽然比较简单，但制造工艺的要求却非常严格。这种结构还带来一系列新的技术难题，诸如内置电动机的散热、高速主轴的动平衡、主轴支承及其润滑方式的合理设计等问题，必须妥善地得到解决，才能确保主轴稳定可靠的高速运转，实现高效精密加工。本文结合我校高速电主轴的研制实践，探讨铣镗类高速大功率电主轴设计与制造中的有关问题。1 电主轴的基本参数与结构布局电主轴的主要参数有：(1)主轴最高转速和恒功率转速范围：(2)主轴的额定功率和最大扭矩：(3)主轴前轴颈直径和前后轴承的跨距等。其中主轴最高转速、前轴颈直径和额定功率是基本参数。电主轴通常装备在高速加工中心上，在设计电主轴时要根据用户的工艺要求，采用典型零件统计分析的方法来确定这些参数。机床厂对同一尺寸规格的高速机床，一般会分两大类型，即“高速型”和“高刚度型”分别进行设计。前者主要用于航空、航天等工业加工轻合金、复合材料和铸铁等零件：后者主要用于模具制造、汽车工业中高强度钢或耐热合金等难加工材料和钢件的高效加工。在设计电主轴时，还要注意选择有较好扭矩———功率特性和有足够宽调速范围的变频电动机及 其控制模块。根据主 电动机和主轴轴承 相对位置的不同，高 速电主轴有两种布 局方式： 1.编码盘 2.电主轴壳体 3.冷却水套 4.电动机定子 5.油气喷嘴 6. 电动机转子7.阶梯过盈套8.平衡盘9.角接触陶瓷球轴承 图2 GD-2型电主轴

电主轴系统

电主轴系统 Renaud(赫诺)——来自瑞士的优质电主轴 一、加工中心用（镗铣、雕铣、车铣）电主轴 本体直径：80-350mm 额定功率：2-120kW 最高转速：8000-50000rpm 额定扭矩：1.0N.m—800N.m 换刀方式：手动、气动、液压/BT、ISO、HSK、CAT、SK、 ER等 轴承润滑：油脂润滑、油气润滑 其他配置：法兰、编码器、中心出水、端面环喷、温度传 感器、位移传感器 振动传感器、在线动平衡系统……（部分为可 选配置） 二、内、外径高速研磨电主轴 本体直径：50-170mm 额定功率：0.8-40kW 最高转速：7000-150000rpm 额定扭矩：0.05-50N.m 换刀方式：手动、气动、液压/内螺纹、外锥面、BT、ISO、 HSK、CAT、SK等 轴承润滑：油脂润滑、油气润滑 其他配置：法兰、编码器、中心出水、端面环喷、温度传 感器、位移传感器 振动传感器、在线动平衡系统……（部分为可选 配置）

三、雕刻机、雕铣机高速电主轴 本体直径: 38-120mm 额定功率：0.8-12kW 最高转速：5000-70000rpm 额定扭矩：0.5-5N.m 换刀方式：手动、气动/ER、SK、BT、ISO、HSK 等 润滑方式：油脂润滑 连接方式：夹持式 其他配置：温度传感器、位移传感器、振动传 感器…… 四、砂轮修整电主轴 本体直径: 72mm 额定功率：0.7kW 最高转速：15200rpm 额定扭矩：0.5N.m 换刀方式：手动/DIA40 润滑方式：油脂润滑 连接方式：夹持式 其他配置：温度传感器、位移传感器、振动传 感器…… 五、部分特有电主轴