數(shù)控金切機(jī)床的高速主軸系統(tǒng)

數(shù)控金切機(jī)床的高速主軸系統(tǒng)，顧名思義是具有高回轉(zhuǎn)速度，但這并無嚴(yán)格的界限。對作為高速切削機(jī)床代表的加工中心和數(shù)控銑床而言，一般是指最高轉(zhuǎn)速≥10r/min的主軸系統(tǒng)，并相應(yīng)具有高的角加(減)速度，以實現(xiàn)主軸的瞬時升降速與起停。為適應(yīng)制造業(yè)對機(jī)床加工精度愈來愈高的要求，高速切削主軸還應(yīng)有較高的回轉(zhuǎn)精度，通常要求主軸的徑向跳動小于1或2μm，軸向竄動小于1μm。此外，主軸也要有足夠的靜、動剛度，以承受一定的切削負(fù)荷和保持高的回轉(zhuǎn)精度。

傳統(tǒng)的主軸系統(tǒng)包含皮帶、齒輪等中間傳動環(huán)節(jié)，不僅轉(zhuǎn)動慣量大，難于實現(xiàn)高的角加(減)速度，而且高速時也難于解決中間傳動環(huán)節(jié)出現(xiàn)的振動和噪聲。因此，現(xiàn)在的高速主軸系統(tǒng)大多是把電動機(jī)與主軸“合二而一”、將傳動鏈縮短為零的電主軸單元，結(jié)構(gòu)上基本是把主電動機(jī)置于主軸前后軸承之間。這樣的電主軸，軸向尺寸較短，結(jié)構(gòu)緊湊，主軸剛度高，出力較大。圖1所示德國gmn公司用于加工中心和數(shù)控銑床的電主軸就是這種結(jié)構(gòu)，其軸承是適合高速運(yùn)轉(zhuǎn)的精密角接觸球軸承(一般相當(dāng)于國際標(biāo)準(zhǔn)p2和p4級)，所有關(guān)鍵零件都必須進(jìn)行精密加工和精密裝配，同時還要用恒溫冷卻水對主電機(jī)的定子和前后軸承進(jìn)行冷卻。gmn用于加工中心和數(shù)控銑床的電主軸共有20幾種型號。

現(xiàn)在，也有極少數(shù)高速輕切削銑床，使用將主電機(jī)置于主軸后軸承之后的電主軸。這種結(jié)構(gòu)的電主軸軸向尺寸長，但可改進(jìn)散熱條件。此外，某些主軸最高轉(zhuǎn)速在100r的加工中心和銑床，不是采用電主軸而是通過薄膜式之類的聯(lián)軸節(jié)，將主電動機(jī)與主軸直接連接，從而省去主軸冷卻系統(tǒng)。不過，此方式既增加了轉(zhuǎn)動慣量，影響角加(減)速度，而且兩者直連后的非直線性又會引起振動(轉(zhuǎn)速愈高對直線性的調(diào)準(zhǔn)要求也愈高)，故不宜用于主軸轉(zhuǎn)速更高的機(jī)床。

當(dāng)前的高速電主軸，幾乎都是內(nèi)置異步交流感應(yīng)電動機(jī)。異步型電主軸的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)較簡單，制造工藝相對成熟和安裝方便，特別是可以更大限度地減弱磁場，易于實現(xiàn)高速化。此種主軸電機(jī)也正在進(jìn)一步改進(jìn)，比如日本三菱電機(jī)公司最近開發(fā)出可減少電損耗和縮短定子長度的高速、高效率內(nèi)置感應(yīng)主軸電動機(jī)。