【正文】 rated some mon breakdown question. Finally, had the further research to the electricity main axle. Key words: motorized spindle。目前我國各類電主軸年需求量約6000 根，其中數(shù)控機(jī)床用電主軸僅有約 1000 根，而且大部分（約 60%）為進(jìn)口電主軸；磨削用電主軸大約 4000 根，約占電主軸總需求量的 2/3；其余為高速離心機(jī)、高速試驗(yàn)機(jī)等特殊用途電主軸。并表明了全力支持?jǐn)?shù)控機(jī)床功能部件創(chuàng)新開發(fā)的態(tài)度。 半導(dǎo)體硅片的切割和磨削 現(xiàn)在半導(dǎo)體硅片直徑已發(fā)展至 8” （ Φ200mm ），使用氣靜壓電主軸切割硅片，由于砂輪偏擺極 小，所以切下的硅片厚度差很小。 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 高速軸承技術(shù) 電主軸通常采用復(fù)合陶瓷軸承，耐磨耐熱，壽命是傳統(tǒng)軸承的幾倍；有時(shí)也采用電磁懸浮軸承或靜壓軸承，內(nèi)外圈不接觸，理論上壽命無限 。 冷卻裝置 為了盡快給高速運(yùn)行的電主軸散熱，通常對(duì)電主軸的外壁通以循環(huán)冷卻劑，冷卻裝置的作用是保持冷卻劑的 溫度。 （ 2） 加快電主軸的標(biāo)準(zhǔn)化工作。 （ 6） 鼓勵(lì)支持以專業(yè)廠家生產(chǎn)的高質(zhì)量的電主軸取代各機(jī)床廠家自己生產(chǎn)的傳統(tǒng)主軸。目前電主軸的轉(zhuǎn)速能夠達(dá)到 202000rpm，甚至更高，功率可以達(dá)到 70kw。 下圖 21為 電主軸單元典型的結(jié)構(gòu)布局 圖 21 電主軸單元典型的結(jié)構(gòu)布局 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 下圖 22為電主軸結(jié)構(gòu)示意圖 圖 22 電主軸結(jié)構(gòu) 電主軸的系統(tǒng)簡圖 電主軸的系統(tǒng) 由內(nèi)裝式電主軸單元、驅(qū)動(dòng)控制器、編碼器、通訊電纜、直流母線制動(dòng)器組合成的，用以將電網(wǎng)電能變?yōu)殡娭鬏S 單元的機(jī)械能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)電主軸準(zhǔn)停。 2020 年，洛陽軸研科技股份有限公司分別與德國博世 力士樂公司、德國 AMK 公司駐中國辦事處取得聯(lián)系，并成功地實(shí)現(xiàn)了 Refute(力土樂 )電源 +Subtask 編碼器 +ZYS 10,000r/min 電主軸單元的聯(lián)配?？諝鈩?dòng)靜壓軸承徑向剛度低并有沖擊，但高速性能好，一般用在超高速、輕載、精密主軸上。油氣始終處于分離狀態(tài)，這有利于潤滑油的回收，而對(duì)環(huán)境卻沒有污染。軸承的定位元件與主 軸不宜采用螺紋連接，電機(jī)轉(zhuǎn)子與主軸也不宜采用鍵連接，而普遍采用可拆的階梯過盈連接。小型主軸和普通電機(jī)常采用去重法。 除了電機(jī)的發(fā)熱之外，主軸軸承的發(fā)熱也不容忽視，引起軸承發(fā)熱的因素很多，也很復(fù)雜，主要有滾子與滾道的滾動(dòng)摩擦、高速下所受陀螺力矩產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦、潤滑油的粘性摩擦等。 圖 41 熱傳導(dǎo)有限元分析結(jié)構(gòu) 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 23 電主軸的主要參數(shù) (1)主軸最高轉(zhuǎn)速和恒功率轉(zhuǎn)速范圍 。 電主軸的結(jié)構(gòu)布局 根據(jù)主電動(dòng)機(jī)和主軸軸承相對(duì)位置的不同，高速電主軸有兩種布局方式： （ 1） 圖 42 所示是 GD2 型高速電主軸，也是一般電主軸的基本結(jié)構(gòu)形式。 與一般的主軸部件不同，電主軸最突出的問題之一是內(nèi)藏式高速主電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱。除個(gè)別超高速電主軸采用磁懸浮軸承或液體動(dòng) 靜壓軸承以外，目前國內(nèi)外絕大多數(shù)高速電主軸都采用角接觸陶瓷球軸承，其滾球用Si3N4材料制成，直徑比同規(guī)格球軸承小 1/3。如果不加以控制，由此引起的熱變形會(huì)嚴(yán)重降低機(jī)床的加工精度和軸承使用壽命，從而導(dǎo)致電主軸的使用壽命縮短。 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 27 （ 2）采用新材料 比如采用陶瓷材料做滾珠，陶瓷球軸承與鋼質(zhì)角 接觸球軸承相比，在高速回轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠與滾道間的滾動(dòng)和滑動(dòng)摩擦減小，發(fā)熱量降低。主軸的膨脹還會(huì)引起刀柄及夾緊機(jī)構(gòu)質(zhì)心的偏離，從而影響主軸的動(dòng)平衡。通常認(rèn)為，當(dāng) Dmn 值大于 250 萬時(shí)，由于受到潤滑介質(zhì)和軸承極限轉(zhuǎn)速的限制，球軸承支承方式對(duì)于主軸來說基本達(dá)到極限，選擇非接觸式支承方式比較經(jīng)濟(jì)有效。在設(shè)計(jì)電主軸時(shí)，必須嚴(yán)格遵守結(jié)構(gòu)對(duì)稱性原則，鍵連接和螺紋聯(lián)接在電主軸上被禁止使用。 為了使轉(zhuǎn)子在裝配后達(dá)到精確的動(dòng)平衡，除了上述對(duì)稱性設(shè)計(jì)以外，還必須采取下列兩個(gè)工藝措施：一是轉(zhuǎn)子硅鋼片 3 的外徑 D 在裝配前應(yīng)留有一定的加工余量，當(dāng)轉(zhuǎn)子用熱壓法 (轉(zhuǎn)子一般加溫到 180～ 200℃ )裝入主軸以后，以主軸前、后軸頸為定位支承，把主軸裝夾在車床上，對(duì)轉(zhuǎn)子的硅鋼片外圓 D 進(jìn)行最后的精車。由于主電 動(dòng)機(jī) 旁邊就是主軸 軸承 ，如果主電 動(dòng)機(jī)的散熱問題解決不好，還會(huì)影響機(jī)床工作的可靠性。合理的預(yù)緊力，良好而充分的潤滑是保證主軸正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件。 （ 3）機(jī)床在操作時(shí)掉刀：夾緊單元損壞或刀抓損壞；拉刀桿損壞或蝶簧損壞。 （ 5） 主軸不能轉(zhuǎn)動(dòng) ： 檢查編碼器必要時(shí)更換 ； 檢查電源連接，必要時(shí)更換 ；檢查變頻器輸出電壓，若沒電壓，根據(jù)變頻器維護(hù)指南維修變頻器； 測量線圈的電阻差，各個(gè)電機(jī)相之間的差值不超過 。 通過這次設(shè)計(jì)我的專業(yè)知識(shí)不僅得到了更進(jìn)一步的擴(kuò)展，而且收獲了許多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。而且，在設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中，還得到許多朋友及熱心人的幫助，在次我也對(duì)他們 說聲謝謝。所以特此申請(qǐng)?jiān)谛Ｍ鈫挝煌瓿僧厴I(yè)設(shè)計(jì)，并及時(shí)交回，希望老師可以批準(zhǔn)我的申請(qǐng)，謝謝！ 學(xué)生：付文娟 校外單位的意見： （需要明確是否接收，或 有公函 /傳真） 已接受該生。 即將就要走出學(xué)校，走入社會(huì)，三年的大學(xué)生活就要結(jié)束，我想謝謝我的各位老師在這三年中對(duì)我的教育和幫助。還可以培養(yǎng)我們嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng)和認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，對(duì)于我們即將進(jìn)入社會(huì)是非常寶貴的 經(jīng)驗(yàn)收獲。 （ 6） 在錠子線圈上的溫度傳感器指示錯(cuò)誤 ： 打開冷卻系統(tǒng) ； 測量變頻器與主軸間的電阻必要時(shí)更換 ； 減小載荷 ； 測量傳感器電阻 。 （ 5）主軸不能轉(zhuǎn)動(dòng)：編碼器損壞；電源連接中斷；變頻器損壞；極線圈短路。潤滑油霧在充分潤滑 軸承 的同時(shí)，還帶走了大量的熱量。 主軸 軸承 是電主軸的核心支承，也是電主軸的主要熱源之一。當(dāng)電主軸組裝完畢西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 29 后，根據(jù)動(dòng)平衡機(jī)的測試結(jié)果，在一定的方位上，旋入相應(yīng)的平衡螺絲 并調(diào)節(jié)其旋入深度，直到完全達(dá)到動(dòng)平衡精度后，用環(huán)氧樹脂將這些平衡螺絲固化 。主軸上軸向固定零件用的螺紋套也用與主軸有過盈配合的圓盤來代替。通常又細(xì)分為 3 種類型： ， Dmn 值小于 100 萬， ， Dmn 值小于 150 萬， Dmn 值小于 250 萬。m，而且還需預(yù)加過盈來消除錐配合的公差帶。 5 電主軸的設(shè)計(jì) 隨著機(jī)床向高速、高精度、大功率方向發(fā)展，機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛性越來越好，而主軸與刀具的結(jié)合面多年來仍沿用標(biāo)準(zhǔn)化的 7/24 錐度配合。電機(jī)在實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換過程中，內(nèi)部產(chǎn)生功率損耗，從而使電機(jī)發(fā)熱。n 值高達(dá) 210 6)、溫升小、剛度大、壽命長等一系列優(yōu)良特性。圖 44 所示為西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 25 高速電主軸的外循環(huán)油 % 水冷卻系統(tǒng)。 3.冷卻水套 9.角接觸陶瓷球軸承 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 24 圖 42 GD2型電主軸 （ 2） 主電動(dòng)機(jī)置于主軸后軸承之后，如圖 43 所示，即主軸箱和主電動(dòng)機(jī)作軸向的同軸布置 (有的用聯(lián)軸節(jié) )。 (3)主軸前軸頸直徑和前后軸承的跨距等。 從以上分析可以看出，為改善電主軸的熱特性，電機(jī)冷卻必不可省。增重法是近年來某些主軸電機(jī)制造商為適應(yīng)高速主軸發(fā)展的需要，在開發(fā)出商品化的無框架主軸電機(jī) (Frameless spindle motor)上常采用的方法。確定階梯套基本過盈量時(shí)，除了根據(jù)所受載荷計(jì)算需要過盈量外，還需考慮以下因素對(duì)過盈連接強(qiáng)度的影響： ① 配合表面的粗糙度； ② 連接件的工作溫度與裝配溫度之差，以及主軸與過盈套材料線脹系數(shù)之差； ③ 主軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，過盈套所受到的離心力會(huì)引起過盈套內(nèi)孔的擴(kuò)張，導(dǎo)致過盈量減少，當(dāng)主軸材料和過盈套的材料泊凇比、彈性模量和密度相差不大時(shí)，過盈量的修正值與主軸轉(zhuǎn)速的平方成正比，例如，當(dāng)配合處直徑為 66mm，主軸內(nèi)孔為 25mm，過盈套外徑為 ，傳遞扭矩為 85Nm，轉(zhuǎn)速為 1000r/min 時(shí)，離心力引起的過盈量減小值僅為 ；而當(dāng)轉(zhuǎn)速為 18000r/min 時(shí)，該值可達(dá) ； ④ 重復(fù)裝卸會(huì)引起過盈量減小；⑤ 結(jié)合面形位公 差對(duì)過盈量的影響等。一般地講，增大空氣流量可以提高冷卻效果，而提高油氣壓力，不 僅可以提高冷卻效果，而且還有助于潤滑油到達(dá)潤滑區(qū)，因此，提高油氣壓力有助于提高軸承的轉(zhuǎn)速。 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 19 技術(shù) 主軸軸承常見的潤滑方式有脂潤滑、油霧潤滑、油氣潤滑、噴射潤滑及環(huán)下潤滑等 。 2020 年 7 月洛陽軸研科技股份有限公司與德國博世 力士樂 (中國有限公司 )電子傳動(dòng)與控制事業(yè)部達(dá)成聯(lián)合開發(fā) UndreamtZYS 電主軸 系統(tǒng)品牌的協(xié)議。 常見的數(shù)控機(jī)床用電主軸系統(tǒng)的配置可由下圖 23簡式來表述 圖 23 電主軸系統(tǒng)的配置 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 大型數(shù)控銑 (含并聯(lián)機(jī)構(gòu)數(shù)控銑 )、小型數(shù)控車 (無軸定位 )電主軸單元 +開環(huán)式驅(qū)動(dòng)控制器 +直流母線能耗制動(dòng)器。特別是在一些轉(zhuǎn)速西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 比較高的加工中心、雕刻機(jī)、數(shù)控銑床等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。作為關(guān)鍵部件的主軸單元應(yīng)進(jìn)行系列化、工程化設(shè)計(jì)與制造，不斷提高主軸的轉(zhuǎn)速等性能指標(biāo)，使主軸單元成為一個(gè)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，可供用戶使用選擇，能批量生產(chǎn)、穩(wěn)定供貨的優(yōu)質(zhì)部件。目前洛陽軸研科技公司承擔(dān)制訂的國內(nèi)第一個(gè)數(shù)控機(jī)床電主軸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已進(jìn)入報(bào)批階段。 自動(dòng)換刀裝置 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 為了應(yīng) 用于加工中心，電主軸配備了自動(dòng)換刀裝置，包括碟形簧、拉刀油缸等 。關(guān)鍵技術(shù)是高速度下的動(dòng)平衡 。切割下來的硅片需要磨平面，使用高剛性超精密氣靜壓電主軸安裝在平面磨床上加工，能獲得高質(zhì)量的表面，（因?yàn)橹鬏S每轉(zhuǎn)恒剛度，所以磨削又脆又硬的硅片表面不易燒傷而且表面下的材料也不易破裂）。此任務(wù)十分艱巨，據(jù)到會(huì)的各主軸開發(fā)單位估計(jì)，按目前生產(chǎn)能力發(fā)展速度，到 2020 年我國最多只能開發(fā)出 2020 臺(tái)套電主軸單元 。根據(jù)機(jī)床行業(yè)“十 ?五”發(fā)展規(guī)劃，到 2020 年我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量將從 2020 年的 萬臺(tái)增加到 萬臺(tái)（目前預(yù)測會(huì)超過 5 萬臺(tái)），數(shù)控機(jī)床使用電主軸的比 例也將由 %增加到 40%左右。 double water outer cooling distributed control system； Angle contact ball bearing ； Foreknowledge service 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 目 錄 1 概述 ……………………………………………………………………… …… 7 電主軸的未來發(fā)展趨勢(shì) …………………………………………… …… 7 電主軸的成功應(yīng)用領(lǐng)域 …………………………………………… …… 8 在高速加工機(jī)床上的應(yīng)用 …………………………………… … 8 半導(dǎo)體硅片的切割和磨削 …………………………………… … 8 印刷電路板微小孔的鉆孔 ………………………………… … … 10 汽車零件內(nèi)孔磨削 …………………………………………… … 10 滾珠軸承外環(huán)內(nèi)滾道磨削 …………………………………… … 10 陶瓷零件和光學(xué)玻璃等脆硬零 件的加工