安陽市新程軸業(yè)機械有限公司

電主軸的電動機均采用交流異步感應電動機，由于是用在高速加工機床上，啟動時要從靜止迅速升速至每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)乃至數(shù)十萬轉(zhuǎn)，啟動轉(zhuǎn)矩大，因而啟動電流要超出普通電機額定電流5~7倍。其驅(qū)動方式有變頻器驅(qū)動和矢量控制驅(qū)動器驅(qū)動兩種新型永磁電主軸。變頻器的驅(qū)動控制特性為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動永磁電主軸，輸出功率與轉(zhuǎn)矩成正比。機床新的變頻器采用先進的晶體管技術(shù)，可實現(xiàn)主軸的無級變速。機床矢量控制驅(qū)動器的驅(qū)動控制為在低速端為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動，在中、高速端為恒功率驅(qū)動

高速軸承技術(shù)電主軸通常采用動靜承、復合陶瓷軸承或電磁懸浮軸承。動靜承具有很高的剛度和阻尼，能大幅度提高加工效率、加工質(zhì)量、延具壽命、降低加工成本，這種軸承壽命多半長。復合陶瓷軸承在電主軸單元中應用較多，這種軸承滾動體使用熱壓Si3N4陶瓷球，軸承套圈仍為鋼圈永磁同步電主軸，標準化程度高，對機床結(jié)構(gòu)改動小，易于維護。電磁懸浮軸承高速性能好，精度高，容易實現(xiàn)診斷和在線監(jiān)控，但是由于電磁測控系統(tǒng)復雜，這種軸承價格十分昂貴，而且長期居高不下永磁電主軸廠家，沒有得到廣泛應用。

電主軸三種控制方式的對比分析

 普通變頻為標量驅(qū)動和控制，其驅(qū)動控制特性為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動，輸出功率和轉(zhuǎn)速成正比。普通變頻控制的動態(tài)性能不夠理想，在低速時控制性能不佳，輸出功率不夠穩(wěn)定，也不具備C軸功能。但價格便宜、結(jié)構(gòu)簡單，一般用于磨床和普通的高速銑床等。

   矢量控制技術(shù)模仿直流電動機的控制，以轉(zhuǎn)子磁場定向，用矢量變換的方法來實現(xiàn)驅(qū)動和控制，具有良好的動態(tài)性能。矢量控制驅(qū)動器在剛啟動時具有很大的轉(zhuǎn)矩值，加之電主軸本身結(jié)構(gòu)簡單，慣性很小，故啟動加速度大，可以實現(xiàn)啟動后瞬時達到允許極限速度。這種驅(qū)動器又有開環(huán)和閉環(huán)兩種，后者可以實現(xiàn)位置和速度的反饋，不僅具有更好的動態(tài)性能，還可以實現(xiàn)C軸功能；而前者動態(tài)性能稍差，也不具備C軸功能，但價格較為便宜。

   直接轉(zhuǎn)矩控制是繼矢量控制技術(shù)之后發(fā)展起來的又一種新型的交流調(diào)速技術(shù)，其控制思想新穎，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔明了，更適合于高速電主軸的驅(qū)動，更能滿足高速電主軸高轉(zhuǎn)速、寬調(diào)速范圍、高速瞬間準停的動態(tài)特性和靜態(tài)特性的要求，已成為交流傳動領(lǐng)域的一個熱點技術(shù)。

   通過對比可以看出，直接轉(zhuǎn)矩控制這一控制方式更適合電主軸的驅(qū)動，設(shè)計的電主軸直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)具有良好的動靜態(tài)特性，將直接轉(zhuǎn)矩控制方法應用于電主軸驅(qū)動控制系統(tǒng)是可行的，較適應高速數(shù)控機床驅(qū)動控制系統(tǒng)的快速響應要求。

高速電主軸的兩種冷卻方式

  對于電主軸的整體冷卻，通常有液體冷卻和空氣強制冷卻兩種方式。

   (1)液體冷卻是指在電主軸的內(nèi)部設(shè)計冷卻水循環(huán)，在外部配備相應的冷卻機,使冷卻液體在主軸內(nèi)部循環(huán)帶走內(nèi)部熱量。這種冷卻方式的優(yōu)點設(shè)計簡單可靠,冷卻效果較為明顯，缺點是對主軸軸芯的冷卻效果比較差,冷卻機的成本比較高。

   (2)空氣強制冷卻是指在電主軸的殼體與電機定子之間設(shè)計一個強制對流的通道,電機的發(fā)熱量通過熱傳導進入到強制對流區(qū),把熱量帶入空氣中,實現(xiàn)電主軸的恒溫工作。空氣強制冷卻具有無污染的特點。如果使用靜壓氣體軸承，可以利用靜壓氣體軸承的氣體在主軸內(nèi)部循環(huán)帶走一部分電機的熱量。

為了提高主軸的平衡性，在電主軸的設(shè)計中，需要采用對稱結(jié)構(gòu)，加工裝配的時候要提高度。當主軸出廠的回收，調(diào)整好初始動平衡，提高主軸的平衡性，但是，主軸刀具依然會存在細微的不對稱問題，甚至會出現(xiàn)刀具磨損的問題，或者切屑粘刀的問題，原有的動平衡依然會被打破。由于工況復雜，主軸刀具系統(tǒng)會受到干擾，諸如切削力激勵、離心力以及熱變形等都是重要的影響因素，并因此破壞主軸系統(tǒng)，使其無法保持穩(wěn)定的穩(wěn)定的運行狀態(tài)。要使電主軸處于高速運行狀態(tài)，確保數(shù)控機床運行且持續(xù)穩(wěn)定，就需要將在線運行且自動化操作的動平衡系統(tǒng)設(shè)計出來，并根據(jù)實際應用需要不斷完善，更好地發(fā)揮其價值。