【正文】 謝謝老師們！ 最后，再次謝謝在這次設(shè)計(jì)中給予我?guī)椭乃腥撕腿陙斫逃业母魑焕蠋煟? 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 34 參考文獻(xiàn) [1]：張伯霖、夏紅梅、黃曉明 編 .《高速電主軸設(shè)計(jì)制造中若干問題的探討》 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社 .2020 [2]：虞付進(jìn) 編 .《電主軸技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢》 .北京：機(jī)電工程出版社 .2020 [3]：楊柳欣、李松生 編 .《高速電主軸軸承的油氣潤滑及其應(yīng)用》 .北京：電子工業(yè)出版社 .2020 [4]：陳燕林、段志善、熊萬里 編 .《高速電主軸技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展》 .北京：清華大學(xué)出版社 .2020 [5]: 機(jī)械工程科學(xué)技術(shù)前沿編委會 編 .《機(jī)械工程科學(xué)技術(shù)前沿》 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社 .1996 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 35 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）審 查 意 見 書 指導(dǎo)教師對學(xué)生 付文娟 所完成的題目為 電主軸的研究與維修設(shè)計(jì) 的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)行情況、完成質(zhì)量的審查意見： 在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，該生能夠在指定的時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)內(nèi)容，態(tài)度認(rèn) 真，在設(shè)計(jì)過程中遇到的諸多問題，都在我 的指導(dǎo)下，該生能夠克服困難并完成畢業(yè)論文設(shè)計(jì)。對于我以后的學(xué)習(xí)，生活將有深遠(yuǎn)的意義。更主要的是，這次設(shè)計(jì)讓我對電主軸有了更深層次的了解。 （ 2） 不能卸刀： 檢查液壓單元及壓力 ； 將液壓單元的壓力增加到 20bar 后，減小到正常值； 檢查刀和刀桿的動平衡，減小走刀速度 ； 加油到規(guī)定的高度 ； 需返回廠家修理 。 夾角，使油霧直接噴入 軸承 工作區(qū)。 ② 因溫升引起的熱膨脹小，使 軸承 的預(yù)緊力穩(wěn)定。 故障現(xiàn)象 主軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)熱嚴(yán)重 1. 轉(zhuǎn)子內(nèi)套 圖 51 高速電主軸轉(zhuǎn)子的動平衡設(shè)計(jì) 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 30 故障分析及處理過程 電主軸運(yùn)轉(zhuǎn)中的發(fā)熱和溫升問題始終是研究的焦點(diǎn)。當(dāng)需要把轉(zhuǎn)子從主軸上拆卸下來時(shí)，可用手提式高壓泵將油從轉(zhuǎn)子內(nèi)套左端的小孔 a 壓入，高壓油進(jìn)入內(nèi)套的環(huán)形內(nèi)孔 e 后，即可將套 1 的內(nèi)徑脹大，這樣就可把轉(zhuǎn)子順利地從主軸上拆卸下來。 電主軸的最高轉(zhuǎn)速一般在 10000r/min 以上，有的高達(dá) 60000～ 100000r/min，主軸運(yùn)轉(zhuǎn)部分微小的不平衡量，都會引起巨大的離心力，造成機(jī)床的振動，影響加工精度和表面質(zhì)量。 高速電主軸的支承方式大致分為兩大類：一類是接觸式支承，通常包括球軸承、輥?zhàn)虞S承等等。 高速加工要求確 保高速下主軸與刀具連接狀態(tài)不能發(fā)生變化。典型的冷卻系統(tǒng)是用外循環(huán)水式冷卻裝置來冷卻電機(jī)定子，將電機(jī)的熱量帶走。實(shí)測表明，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，主軸軸承的溫升比油霧潤滑的溫升可降低 9～ 16℃ ，而且隨著 dm 同時(shí)，主軸軸承的發(fā)熱也是電主軸的主要熱源之一 。有關(guān)電主軸前后軸承之跨距及主軸 端部伸出量，應(yīng)按靜剛度和動剛度的要求進(jìn)行計(jì)算。機(jī)床廠對同一尺寸規(guī)格的高速機(jī)床，一般會分兩大類型，即 “ 高速型 ” 和 “ 高剛度型 ” 分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。另外，為防止電機(jī)發(fā)熱影響主軸軸承，主軸應(yīng)盡量采用熱阻較大的材料，使電機(jī)轉(zhuǎn)子的發(fā)熱主要通過氣隙傳給定子，由冷卻水吸收帶走。由于電主軸將電機(jī)集成于主軸組件的結(jié)構(gòu)中，無疑在其結(jié)構(gòu)的內(nèi)部增加了一個(gè)熱源。對于電主軸來說，由于電機(jī)轉(zhuǎn)子直接過盈固定在主軸上，增加 了主軸的轉(zhuǎn)動質(zhì)量，使主軸的極限頻率下降，因此超高速電主軸的動平衡精度應(yīng)嚴(yán)格要求，一般應(yīng)達(dá)到 G1～ 級 (G＝ ew， e 為質(zhì)量中心與回轉(zhuǎn)中心之間的位移，即偏心量； w 為角速度 )。 環(huán)下潤滑是一種改進(jìn)的潤滑方式 (見圖 31)，分為環(huán)下油潤滑和環(huán)下油氣潤滑。這種方式實(shí)現(xiàn)容易，設(shè)備簡單，油霧既有潤滑功能，又能起到冷卻軸承的作用，但油霧不易回 收，對環(huán)境污染嚴(yán)重，故逐漸被新型的油氣潤滑方式所取代。 電主軸的電機(jī)選擇 表 21為 DZ系列電主軸電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子外形安裝尺寸 系列 定子外形安裝尺寸 裝配氣隙 轉(zhuǎn)子外形安裝尺寸 定子水套外形安裝尺寸 D D1 D2 A1 L/L1 B1 d d1 d2 d3 d4 a D3 D4 D5 D6 D7 A B H G DZX1 181 165 125 55 見 標(biāo) 準(zhǔn) 規(guī) 格 45 74 114 115 15 200 165 182 197 175 60 50 4 DZX2 120 105 73 45 40 67 132 128 121 132 115 50 45 4 DZX3 250 230 176 75 65 93 100 156 160 159 16 270 263 251 265 245 80 50 4 DZC1 290 260 203 90 75 124 125 185 187 18 270 260 291 265 285 95 80 1 DZC2 152 136 108 50 45 60 61 94 96 14 164 159 153 162 148 55 50 4 DZC3 120 106 80 45 40 45 51 70 71 12 132 128 121 132 115 50 45 4 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 17 圖 24 轉(zhuǎn)子外形安裝示意圖 圖 25 定子外形安裝示意圖 圖 25 帶水套定子外形安裝示意圖 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 18 圖 26 特 性曲線 3 電主軸的關(guān)鍵技術(shù) 用在高速主軸單元上的軸承主要有角接觸球軸承、磁懸浮軸承、水基動靜壓軸承、空氣動靜壓軸承等。目前我國已能自行開發(fā)設(shè)計(jì)各類高速電主軸。 電主軸單元典型的結(jié)構(gòu)布局方式是電機(jī)置于主軸前、后軸承之間 ， 其優(yōu)點(diǎn)是主軸單元的軸向尺寸較短，主軸剛度大，功率大，較適合于大、中型高 速數(shù)控機(jī)床；其不足是在封閉的主軸箱體內(nèi)電機(jī)的自然散熱條件差，溫升比較高。而且提高主軸轉(zhuǎn)速又會降低主軸的精度，從而影響加工質(zhì)量！因此，目前我國很多加工設(shè)備的轉(zhuǎn)速還只有 8000rpm 以下 。 （ 4） 企業(yè)要提高電主軸生產(chǎn)的裝備水平，確保產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。 高頻變頻裝置 要實(shí)現(xiàn)電主軸每分鐘幾萬甚至十幾萬轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，必須用一高頻變頻裝置來驅(qū)動電主軸的內(nèi)置高速電動機(jī)，變頻器的輸出頻率必須達(dá)到 上千或幾千赫茲。所謂定量，就是通過一個(gè)叫定量閥的器件，精確地控制每次潤滑油的油量。 陶瓷零件和光學(xué)玻璃等脆硬零件的加工 內(nèi)燃機(jī)噴油嘴內(nèi)孔磨削 用作精密雕銑的雕刻機(jī)主軸頭 ，彈簧夾頭的內(nèi)孔及模具導(dǎo)套的內(nèi)孔 等 由 以 上可以看到，氣靜壓電主軸在國外已經(jīng)在眾多生產(chǎn)大行業(yè)中成功應(yīng)用。 成功 應(yīng)用 領(lǐng)域 高剛性超精密氣靜壓電主軸，在國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家已在眾多高速加工的領(lǐng)域取得成功的應(yīng)用。按每根數(shù)控機(jī)床主軸平均使用 4~5 套軸承計(jì)算，考慮到部分雙主軸或多主軸機(jī)床，按平均每臺機(jī)床配備 根主軸計(jì)算，到 2020 年數(shù)控機(jī)床用高精密主軸軸承的需求量將增加到 24 萬套，加上維修用軸承，總需求量將達(dá)到 48 萬套。 電主軸是最近幾年在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù)電主軸是最近幾年在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù)，它與直線電機(jī)技術(shù)、高速刀具技術(shù)一起，將會把高速加工推向一個(gè)新時(shí)代。最后，對電主軸有了進(jìn)一步的研究。根據(jù)課題的需要及相關(guān)專業(yè)迅猛發(fā)長的大好形勢，通過 PLC 變頻使設(shè)備運(yùn)行到額定轉(zhuǎn)速；通過雙水外冷系統(tǒng)， 較好地解決了發(fā)熱厲害，溫度太高的問題；通過 DCS，使現(xiàn)代化生產(chǎn)進(jìn)一步提高。高速加工技術(shù)它 不僅可獲得更大的生產(chǎn)率，而且還可獲得很高的加工質(zhì)量，并可降低生產(chǎn)成本，因而被認(rèn)為是21 世紀(jì)最有發(fā)展前途的先進(jìn)制造技術(shù)之一。 關(guān)鍵字： 電主軸；變頻調(diào)速；雙水外冷；分布式控制系統(tǒng)； 角接觸球軸承 ； 預(yù)知維修 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 Abstract At present, the high speed processing technology receives more and more people39。電主軸是一套組件，它包括電主軸本身及其附件：電主軸、高頻變頻裝置、油霧潤滑器、冷卻裝置、內(nèi)置編碼器、換刀裝置 。 二零零三年十二月國家發(fā)展改革委員會委托中國機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會組織召開 了“數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵功能部件產(chǎn)品創(chuàng)新發(fā)展座談會”。國外比較著名的生產(chǎn)氣靜壓電主軸的公司有英國的 WESTWIND公司、日本的 TOSHIBA MACHINE 公司和 TOSHIBA TUNGACOY 公司、美國的 POPE公司等。如半導(dǎo)體、軸承、模具、噴油咀、汽車、印刷電路板、雕刻機(jī)、陶瓷零件加工、光學(xué)玻璃加工等大行業(yè)中。而油氣潤滑，指的是潤滑油在壓縮空氣的攜帶下，被吹入陶瓷軸承。 下圖 11 為電主軸的內(nèi)部示意圖 圖 11 電主軸的內(nèi)部示意圖 電主軸研究的意義 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 如何提高電主軸國產(chǎn)化水平 ， 專家指出，要加快電主軸國產(chǎn)化步伐，必須重視以下幾個(gè)方面的工作： （ 1） 加強(qiáng)電主軸關(guān)鍵技術(shù)研究，提高自主創(chuàng)新能力。 （ 5） 加強(qiáng)宣傳與溝通，提高用戶的信任感。 電主軸 的問世很好地解決了上述矛盾。 主軸的變速由主軸驅(qū)動模塊控制，而主軸單元裝置限制。但閉環(huán)式驅(qū)動控制器及高水平的編碼器尚不過關(guān)。磁懸浮軸承由于價(jià)格昂貴，控制系統(tǒng)復(fù)雜，發(fā)熱問題難以解決，因而還無法在高速主軸單元上推廣應(yīng)用。 油氣潤滑是將少量的潤滑油不經(jīng)霧化而直接由壓縮空氣定時(shí)、定量地沿著專用的油氣管道壁均勻地被帶到軸承的潤滑區(qū)。實(shí)施環(huán)下油或者油氣潤滑時(shí)，潤滑油或油氣從軸承的內(nèi)圈噴入潤滑區(qū)，在離心力的作用下潤滑油更易于到達(dá)軸承潤滑區(qū)，因而比普通的噴射潤滑和油氣潤滑 效果好，可進(jìn)一步提高軸承的轉(zhuǎn)速，如普通油氣潤滑，角接觸陶瓷球軸承的do 值為 106 左右，采用加大油氣壓力的方法可將 do 值提高到 106 ，而采用環(huán)下油氣潤滑則可達(dá)到 106 。對于這種等級的動平衡要求，采用常規(guī)的方法僅在裝配前對主軸的每個(gè)零件分別進(jìn)行動平衡是不夠的，還需在裝配后進(jìn)行整體精確動平衡，甚至還要設(shè)計(jì)專門的自動平衡系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)主軸在線動平衡，以確保主軸高速平穩(wěn)運(yùn)行。電機(jī)的發(fā)熱主要有定子繞組的銅耗發(fā)熱及轉(zhuǎn)子的鐵損發(fā)熱，其中定子繞組的發(fā)熱占電機(jī)總發(fā)熱量的三分之二以上。 圖 41 是對某電主軸在額定功率 38kW、額定轉(zhuǎn)速 800r/min 下達(dá)到熱平衡 時(shí)熱傳導(dǎo)有限元分析的結(jié)果。前者主要用于航空、航天等工業(yè)加工輕合金、復(fù)合材料和鑄鐵等零件：后者主要用于模具制造、汽車工業(yè)中高強(qiáng)度鋼或耐熱合金等難加工材料和鋼件的高效加工。 圖 43 主電動機(jī)位于后軸承之后的電主軸 用于銑鏜類高速加工中心的電主軸運(yùn)轉(zhuǎn)中的發(fā)熱問題始終是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。由于電主軸的運(yùn)轉(zhuǎn)速度高， dmn 值的增大，降溫效果更好。角接觸球軸承的發(fā)熱主要是滾子與滾道之間的滾動摩擦、高速下所受陀