【正文】 高，因此對主軸 軸承 的動態(tài)、熱態(tài)性能有嚴格要求。當從小孔 a 加壓力油時，可用螺栓把小 孔 b 堵住。根據(jù)用戶對主軸徑向和軸向剛度的不同要求，選擇合適西安航空職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設計論文 28 的支承方式對于滿足用戶需求，提高主軸的使用壽命和精度壽命是十 分必要的。減小軸承發(fā)熱量的主要措施： （ 1）適當減小滾珠的直徑 減小滾珠直徑可以減小離心力和陀螺力矩，從而減小摩擦，減少發(fā)熱量。n 值大 (dm—主軸前軸頸直徑， mm： n— 主軸最高轉(zhuǎn)速， r/min)，因此對主軸軸承的動態(tài)、熱態(tài)性能有十分嚴格的要求。在設計電主軸時，還要注意選擇有較好扭矩 ——— 功率 特性和有足夠?qū)捳{(diào)速范圍的變頻電動機及 其控制模塊。另外，電機轉(zhuǎn)子在主軸殼體內(nèi)的高速攪動，使內(nèi)腔中的空氣也會發(fā)熱，這些熱 源產(chǎn)生的熱量主要通過主軸殼體和主軸進行散熱，所以電機產(chǎn)生的熱量有相當一部分會通過主軸傳到軸承上去，因而影響軸承的壽命，并且會使主軸產(chǎn)生熱伸長，影響加工精度。 西安航空職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設計論文 20 圖 31 環(huán)下潤滑 軸上零件的 連接技術(shù) 在超高速電主軸上，由于轉(zhuǎn)速的提高，所以對軸上零件的動平衡要求非常高。水基靜壓軸承是目前國內(nèi)較熱門的研究課題之一，它是利用水具有熱容量較大、軸承溫升較小的特點，部分解決了普通動、靜壓軸承發(fā)熱嚴重的問題，主要用在低速重載場合。在主軸后端裝有測速﹑測角﹑位移傳感器，前端的內(nèi)錐孔和端面用于安裝刀具。一些用戶、主機廠由于對國產(chǎn)電主軸質(zhì)量和可靠性不信任，指名選配國外產(chǎn)品，使國產(chǎn)電主軸難以 批量生產(chǎn)，制約了電主軸產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。油量控制很重要，太少，起不到潤滑作用；太多，在軸承高速旋轉(zhuǎn)時會因油的阻力而發(fā)熱。 在 高速加工機床上的應用 最近日本東芝機械公司（ TOSHIBA ）已生產(chǎn)有主軸頭為高剛性超精密氣靜壓電主軸的高速加工機床，機床型號為 FMACH 442 和 FMACH 644兩種，主軸轉(zhuǎn)速為 6000~30000rpm 軸移動量（ XYZ ） 400400200mm 和600400400mm ，工作臺面積為 600450mm 和 1100450mm ，可用于加工精密模具等。 以往電主軸主要用于軸承行業(yè)的高 速內(nèi)圓磨削，隨著數(shù)控技術(shù)和變頻技術(shù)的發(fā)展，電主軸在數(shù)控機床中的應用越來越廣泛。在先進工業(yè)國家，此項技術(shù)已廣泛應用于航空、航天及模具行業(yè)。第 三，對其常見故障進行了分析研究，列舉了一些常見的故障問題。與此同時，數(shù)控機床主軸所需的高精密軸承的需求量也將急劇增加。 汽車零件內(nèi)孔磨削 滾珠軸承外環(huán)內(nèi)滾道磨削 滾珠軸承外環(huán)內(nèi)滾道的偏擺公差要求很高，在磨削過程中要求砂輪不產(chǎn)生軸向偏擺，氣靜壓電主軸由于結(jié)構(gòu)獨特優(yōu)勢（如前所述），能順利地達到加工要求，得到了成功的應用。這種情況下出現(xiàn)了 HSK、 SKI 等高速刀具。然而，提高主軸轉(zhuǎn)速則會使主軸的升溫明顯，進而影響到主軸和整個機床的壽命。對閉環(huán)式配置的電主軸系統(tǒng)而言尤為重要。 do 值在106 以上的主軸，多采用油潤滑的方式，其中油霧潤滑是將潤滑油 (如透平油 )經(jīng)壓力空氣霧化后對軸承進行潤滑的。 西安航空職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設計論文 21 電主軸的動平衡技術(shù) 由于不平衡質(zhì)量是以主軸的轉(zhuǎn)速二次方影響主軸動態(tài)性能的，所以主軸的轉(zhuǎn)速越高，主軸不平衡量引起的動態(tài)問題越嚴重。水套用熱阻較小的材料制造，套外環(huán)加工有螺旋水槽，電機工作時，水槽里通入循環(huán)冷卻水，為加強冷卻效果，冷卻水的入口溫度應嚴格控制，并有一定的壓力和流量。但整個主軸單元的軸向尺寸較大，常用于小型高速數(shù)控機床，尤其適合于模具型腔的高速精密加工。為了進一步降低主軸軸承的溫升， GD2 電主軸上采用了油 氣潤滑系統(tǒng)，如圖 45 所示。因此，主軸軸端的合理設計已不容忽視。所以目前選擇使用球和輥子軸承的支承方式在 電主軸中比較常見。常見故障包括以下六個方面：電主軸升溫過 高；電主軸剛性差；軸振動大；主軸精度差；主軸啟動困難；主軸掉速。進氣口截面大于前后噴油口截面的總和，排氣應順暢，各噴油小孔的噴射角與軸線呈 15186。本次設計基本上達到了設計的目的，設計的各項任務都已完成。在以后的人生道路上，我會謹記各位老師教給我的東西，讓自己的人生活的精彩。 西安航空職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設計論文 33 謝 辭 在這次的畢業(yè)設計中，我遇到了許多的困難，但是最后在指導老師的幫助下都順利的解決了。 （ 3） 機床在操作時掉刀： 更換夾緊單元及刀抓 ； 需返回廠家修理 。 ③ 彈性變形量小，剛度高，壽命長。為了保持主軸結(jié)構(gòu)的對稱性，轉(zhuǎn)子內(nèi)套上也對稱地加工了另一個小孔 b。一類是非接觸式支承，包括磁懸浮軸承，氣靜壓軸承，液動壓軸承等都屬于這一類。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、高速下所受陀螺力矩產(chǎn)生的滑動摩擦以及潤滑油的粘性摩擦等產(chǎn)生的。由于電主軸的運轉(zhuǎn)速度高， dm前者主要用于航空、航天等工業(yè)加工輕合金、復合材料和鑄鐵等零件：后者主要用于模具制造、汽車工業(yè)中高強度鋼或耐熱合金等難加工材料和鋼件的高效加工。電機的發(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)熱占電機總發(fā)熱量的三分之二以上。實施環(huán)下油或者油氣潤滑時，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)下油氣潤滑則可達到 106 。磁懸浮軸承由于價格昂貴，控制系統(tǒng)復雜，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用。 主軸的變速由主軸驅(qū)動模塊控制，而主軸單元裝置限制。 （ 5） 加強宣傳與溝通，提高用戶的信任感。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。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。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 。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，因而被認為是21 世紀最有發(fā)展前途的先進制造技術(shù)之一。最后，對電主軸有了進一步的研究。按每根數(shù)控機床主軸平均使用 4~5 套軸承計算，考慮到部分雙主軸或多主軸機床，按平均每臺機床配備 根主軸計算，到 2020 年數(shù)控機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，總需求量將達到 48 萬套。 陶瓷零件和光學玻璃等脆硬零件的加工 內(nèi)燃機噴油嘴內(nèi)孔磨削 用作精密雕銑的雕刻機主軸頭 ，彈簧夾頭的內(nèi)孔及模具導套的內(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)中成功應用。 高頻變頻裝置 要實現(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，變頻器的輸出頻率必須達到 上千或幾千赫茲。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備的轉(zhuǎn)速還只有 8000rpm 以下 。目前我國已能自行開發(fā)設計各類高速電主軸。這種方式實現(xiàn)容易，設備簡單，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)境污染嚴重，故逐漸被新型的油氣潤滑方式所取代。對于電主軸來說，由于電機轉(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嚴格要求，一般應達到 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 )。另外，為防止電機發(fā)熱影響主軸軸承，主軸應盡量采用熱阻較大的材料，使電機轉(zhuǎn)子的發(fā)熱主要通過氣隙傳給定子，由冷卻水吸收帶走。有關(guān)電主軸前后軸承之跨距及主軸 端部伸出量，應按靜剛度和動剛度的要求進行計算。實測表明，在高速運轉(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 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。 電主軸的最高轉(zhuǎn)速一般在 10000r/min 以上，有的高達 60000～ 100000r/min，主軸運轉(zhuǎn)部分微小的不平衡量，都會引起巨大的離心力，造成機床的振動，影響加工精度和表面質(zhì)量。 故障現(xiàn)象 主軸高速旋轉(zhuǎn)時發(fā)熱嚴重 1. 轉(zhuǎn)子內(nèi)套 圖 51 高速電主軸轉(zhuǎn)子的動平衡設計 西安航空職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設計論文 30 故障分析及處理過程 電主軸運轉(zhuǎn)中的發(fā)熱和溫升問題始終是研究的焦點。 夾角，使油霧直接噴入 軸承 工作區(qū)。更主要的是，這次設計讓我對電主軸有了更深層次的了解。謝謝老師們！ 最后，再次謝謝在這次設計中給予我?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)學院 畢業(yè)設計論文 34 參考文獻 [1]：張伯霖、夏紅梅、黃曉明 編 .《高速電主軸設計制造中若干問題的探討》 .北京：機械工業(yè)出版社 .2020 [2]：虞付進 編 .《電主軸技術(shù)的應用及發(fā)展趨勢》 .北京：機電工程出版社 .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：清華大學出版社 .2020 [5]: 機械工程科學技術(shù)前沿編委會 編 .《機械工程科學技術(shù)前沿》 .北京：機械工業(yè)出版社 .1996 西安航空職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設計論文 35 西安航空職業(yè)技術(shù)學院 畢 業(yè) 設 計（論文）審 查 意 見 書 指導教師對學生 付文娟 所完成的題目為 電主軸的研究與維修設計 的畢業(yè)設計（論文）進行情況、完成質(zhì)量的審查意見： 在整個設計過程中，該生能夠在指定的時間內(nèi)完成設計內(nèi)容，態(tài)度認 真，在設計過程中遇到的諸多問題，都在我 的指導下，該生能夠克服困難并完成畢業(yè)論文設計。對于我以后的學習，生活將有深遠的意義。 （ 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 。 ② 因溫升引起的熱膨脹小，使 軸承 的預緊力穩(wěn)定。當需要把轉(zhuǎn)子從主軸上拆卸下來時，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。 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、輥子軸承等等。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定子，將電機的熱量帶走。 同時，主軸軸承的發(fā)熱也是電主軸的主要熱源之一 。機床廠對同一尺寸規(guī)格的高速機床，一般會分兩大類型，即 “ 高速型 ” 和 “ 高剛度型 ” 分別進行設計。由于電主軸將電機集成于主軸組件的結(jié)構(gòu)中，無疑在其結(jié)構(gòu)的內(nèi)部增加了一個熱源。 環(huán)下潤滑是一種改進的潤滑方式 (見圖 31)，分為環(huán)下油潤滑和環(huán)下油氣潤滑。 電主軸的電機選擇 表 21為 DZ系列電主軸電機的定子、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