高速電主軸，即內置式電機的主軸單元，是數控機床的重要組成部分。主軸電機安裝在機床主軸單元內部，驅動主軸，從而促使電機和主軸成為一個整體。為了提高數控機床的運行效率，需要掌握高速電主軸的技術要點，發(fā)揮其優(yōu)勢，同時促進電主軸技術的不斷提高。

1、高速電主軸具備的優(yōu)點

傳統(tǒng)數控機床的主軸運行，在發(fā)揮電機驅動作用的過程中，主要驅動中間的變速裝置和傳動裝置，如齒輪、皮帶和聯(lián)軸節(jié)等，這就是“機械主軸”，也形象地稱為分離式主軸和直聯(lián)式主軸。與這種傳統(tǒng)主軸相比，電主軸具有以下優(yōu)點：

（1）主軸運行是由內部安裝的電機驅動，不需要經過中間變速裝置和傳動裝置，其設計結構簡單緊湊，能高精度地提高運行效率。在運行過程中，不會有很大的噪音和很小的振動。

（2）電主軸采用交流變頻技術，可在額定轉速范圍內實現(xiàn)無級變速。機床運行時，無論什么工況或負載變化，電主軸都具有良好的適應性。

（3）內裝電機運行時，可控制閉環(huán)矢量，根據控制指令有效調控功率，靈活控制驅動裝置的運行速度、輸出力矩等。電主軸可以滿足各種大功率要求，如低速重切削和高轉矩，或高速精加工，電主軸可以很好的發(fā)揮作用，實現(xiàn)準停，同時滿足C軸傳動功能。

（4）電主軸能高速運轉，穩(wěn)定性良好，動態(tài)精度較高，使數控機床切削的速度更快，加工精度更高。

（5）由于電主軸的運行不需要經過中間傳動環(huán)節(jié)，穩(wěn)定性更高，不會受到外界的沖擊，主軸的軸承不需要承受很大的動載荷，延長了精度壽命

（6）電主軸使電機和主軸形成一個整體，形成一個單元，使電主軸可以系列化生產，形成一定的規(guī)模，生產更加專業(yè)化。電主軸作為數控機床的功能部件，也作為商品進入市場。企業(yè)可以根據數控機床的主機操作需求選擇電主軸，這將促進機床的模塊化發(fā)展。

2、高速電主軸技術要點

2.1 高速電主軸的高速精密軸承技術

在電主軸系統(tǒng)中，主軸軸承技術是關鍵，主要包括動靜壓軸承、角接觸球軸承和磁懸浮軸承三種類型。其中，動靜壓軸承是靜壓軸承和動壓軸承的結合體，結合了兩者的優(yōu)點，具有良好的高速性能和較寬的調速范圍。角接觸球軸承常用于精密數控機床，起主軸支撐作用，對高速性能有一定影響。造成這種現(xiàn)象的主要原因是滾珠采用氮化硅材料制作，在高速作用下會增加離心力和陀螺力矩，使軸承的高速性能得以發(fā)揮，滾動體直徑得以減小。由于軸承的制造成本高，控制系統(tǒng)很復雜，不容易解決軸承運行中的發(fā)熱問題，所以只會在特殊場合使用。

2.2  高速電主軸的動平衡技術

高速電主軸具有高運轉速度、高精度運行、高加工效率的特點，但這些特點都是建立在動平衡的基礎上的。電主軸的運行狀態(tài)會受到很多因素的影響，如制造因素、主軸安裝過程中的誤差、或者存在材料不均勻等，不可避免地會導致運行不平衡的問題。通常在電主軸運行過程中，最高運行速度可超過10000r/min，甚至達到60000~100000 r/min。主軸運轉時，即使不平衡量很小，也可能影響主軸回轉的精度，甚至影響軸承支撐系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。因此，有必要嚴格要求高速電主軸的動平衡精度。

為了提高主軸的平衡性，在電主軸的設計需要采用對稱結構，加工裝配時要提高精準度。當主軸從工廠回收時，調整初始動平衡以改善主軸的平衡性，但主軸刀具仍有輕微的不對稱問題，甚至刀具磨損或切屑粘刀的問題，原有的動平衡仍會被打破。由于工作條件復雜，主軸刀具系統(tǒng)會受到干擾，如切削力激勵、離心力和熱變形等是重要的影響因素，從而破壞主軸系統(tǒng)，使其無法保持穩(wěn)定的運行狀態(tài)。為了使電主軸高速運行狀態(tài)，保障了數控機床的高效運行和持續(xù)穩(wěn)定，需要設計在線運行和自動化運行的動平衡系統(tǒng)，并根據實際應用需要不斷改進，以發(fā)揮其價值。

2.3 高速電主軸潤滑技術

潤滑高速電主軸，主要是潤滑主軸軸承。因此，需要采用科學有效的潤滑系統(tǒng)來控制軸承的溫升，從而保障了機床工藝系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。在選擇高速電主軸的潤滑方式時，需要對軸承所屬類型、運轉速度和負荷等，可以根據需要選擇油脂潤滑方式、油霧潤滑方式或噴射潤滑方式等。

2.4 高速電主軸冷卻技術

電動機的定子安裝在電主軸殼體內，電主軸實施封閉設計，當它在高速運轉狀態(tài)時，由于缺乏散熱條件，會出現(xiàn)殼體過熱的問題。電主軸內部有兩個熱源：第一個熱源是電動機在運行過程中由于損耗會產生熱量；第二個熱源是由于軸承運行中摩擦而產生的熱量。當電機運行過程中產生熱量時，主要的散熱功能是主軸殼體，部分熱量通過主軸傳遞到軸承，導致軸承溫度快速升高，其使用壽命必受到影響，主軸的制造精度受熱伸長影響，主軸系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性無法保障。電主軸冷卻的方法是在定子與殼體連接的位置安裝循環(huán)冷卻水套，潤滑軸承，以減少發(fā)熱量，合理的潤滑不只能起到潤滑的作用，還能起到冷卻的作用。

2.5 高速電主軸的主軸電機技術

電主軸中使用的電動機大多為交流異步感應電動機。由于永磁電機使用性能的提高，交流永磁同步電動機得到了廣泛的應用，優(yōu)點是電主軸轉子不再發(fā)熱，電主軸不再產生熱變形，轉子無損耗，提高電主軸運行效率，減小轉動慣量，加速啟動和準停速度。當電主軸低速運轉時，可以保持良好的性能。

2.6 高速電主軸精密的加工與裝配技術

電主軸在高速運轉時，為了保障其剛度和回轉精度，需要對重要零件進行精密加工，甚至超精密加工，提高主軸零件裝配時的精密度。在主軸單元中，所有工件都需要精密加工，包括殼體的加工、軸承座的加工等有較高的精密度，軸承隔圈會隨著主軸高速旋轉，這也要求加工精度高。此外，在高速電主軸上加工刀具的裝配過程中，應采用先進工藝技術，裝配精密度應滿足要求。

2.7 高速電主軸的溫度保護技術

設計高速數控銑床時，需要啟動冷卻系統(tǒng)對主軸進行冷卻。主軸內部有三個軸承，分別是前軸承、中軸承和后軸承。主軸有不同的運行速度和功率。如果溫度傳感器安裝在軸承附近，可以實時監(jiān)測主軸軸承的溫度。采集信號時，溫度傳感器需要起到可編程邏輯控制器輸入模塊的作用。不同類型的傳感器將信號分為4~20mA。在設計機床控制程序時，需要根據傳感器信號計算并校準溫度。在實施軸承溫度保護時，還需要在程序中設置門檻限制值來保護軸承。

3、結論

通過以上研究可以明確，在機械產品制造過程中，應用高速加工技術可以解決很多難題，加工精度高，質量有所保障。因此，這項技術在制造業(yè)中得到廣泛應用，成為主流技術。目前，高速電主軸技術發(fā)展迅速，各行業(yè)都根據自身需求對該技術進行了深入研究，在提高技術應用效率的同時，也要發(fā)揮其節(jié)能環(huán)保的特點，實現(xiàn)智能化發(fā)展。