机床主轴部件的创新.PDF

张曙·卫汉华专栏 机床主轴部件的创新 主轴部件是机床的心脏，是保证机床工作精 现很高的转速和大范围的速度调节 ；由于主轴和 度的关键部件。与驱动装置一样，数控机床的主 电机的一体化，没有任何中介传动机构，动态响 轴部件也是经历了一个不断创新、从沿袭传统机 应表现优异 ；电主轴的结构紧凑，与机床其它子 床设计到专业化设计的发展过程。 系统之间的界面简单，大大减少机床设计和装配 传 统 机 床 主 调试的工作量。由于电主轴的技术含量高，它的 轴的驱动方式是电 设计和生产逐渐从机床企业中独立出来，出现了 机轴线和主轴的轴 一个崭新的产业—电主轴专业制造商。 线互相平行，电机 通过皮带或齿轮间 面临的三大挑战 接地驱动主轴。图 电主轴是机电一体化技术的系统，它包括了 1 是间接驱动主轴 承担速度调节和提供扭矩的变频器和机械结构两 的结构。 大部分。这里主要阐述机械结构设计面临的主要 图 1间接驱动主轴的结构。 间 接 驱 动 方 挑战。 式在机床的机械设计上带来许多方便 ：首先是机 挑战一是主轴系统的设计。电主轴主要应用 床切削工件时产生轴向和径向力由主轴承受，电 在高速加工，在切削工件时要同时承受高转速和 机仅提供旋转力矩和转速，匹配和更换比较简单； 高负载，在机械结构上，电主轴的内孔直径必须 其二是可利用齿轮和皮带轮改变传动比，实现速 够大，才能容纳诸如刀具夹紧等机构，而其外径 度调节的目的；最后是主轴后端没有电机的阻挡， 却受空间和重量的限制。因此，可供安放轴承的 便于安装送料机构或刀具夹紧机构等。 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 电主轴的诞生 加预载荷。 近年随着高速加工的应用，传统的主轴间接 除了采用陶瓷滚珠轴承以外，某些电主轴供 驱动方式开始不能满足数控机床性能的要求。由 应商也采取动压或静压轴承的方案。例如，瑞士 于当主轴转速提高到一定水平后，传动皮带开始 飞速公司（Fischer AG）的 Hydro-F 主轴采用静 受离心力的作用而膨胀，传动效率急剧下降，传 压技术，利用纯水作为工作介质，同时达成支承、 动齿轮的发热和噪音问题也开始变得严重。为了 冷却和刀具夹紧功能。Hydro-F 技术可以大幅度 解决间接传动的转速瓶颈，机床设计人员开始研 提高主轴的刚度和阻尼性能。 究将电机和主轴同轴配置，由电机通过联轴节直 挑战二是冷却系统的设计。电主轴功率高，