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電主軸具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、噪音低、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn),并且由于其高轉(zhuǎn)速、大功率,簡化了機(jī)床設(shè)計,易于實現(xiàn)主軸定位,是高速主軸單元中的一種理想結(jié)構(gòu)。電主軸軸承采用高速軸承技術(shù),耐磨耐熱,使用壽命是傳統(tǒng)軸承的數(shù)倍。靜壓軸承和動力軸承、復(fù)合陶瓷軸承或電磁懸浮軸承通常用于電主軸。動靜壓軸承具有較高的剛度和阻尼,可以大大提高加工效率、加工質(zhì)量、延長了刀具壽命和減小了加工成本,這些軸承大多有無限長的壽命。
目前,復(fù)合陶瓷軸承廣泛應(yīng)用于電主軸單元,這種軸承滾動體采用熱壓Si3N4陶瓷球,軸承圈還是鋼圈,標(biāo)準(zhǔn)化程度高,對機(jī)床結(jié)構(gòu)改動小,維修方便。電磁懸浮軸承高速性能好,精度高,易于實現(xiàn)診斷和在線監(jiān)測,但是由于電磁測控系統(tǒng)的復(fù)雜性,這種軸承價格很昂貴,并且長期居高不下,至今沒有得到廣泛應(yīng)用。
由于消費(fèi)者的多樣化需求和生產(chǎn)者減小成本的需要,各種具有高生產(chǎn)率和高柔性的生產(chǎn)體系逐漸建立起來,其中自動換刀數(shù)控機(jī)床承擔(dān)了核心任務(wù)。近年來,在提高機(jī)床的加工效率方面,對高速、高精度和高效有了更進(jìn)一步的要求,人們不斷開發(fā)主軸、進(jìn)給、換刀等系統(tǒng)的技術(shù)開發(fā)。因此,電主軸驅(qū)動單元、滾珠絲杠、直線導(dǎo)軌等功能部件也相應(yīng)出現(xiàn)。
電主軸又稱內(nèi)置式電機(jī)主軸單元,其主要特點(diǎn)是電機(jī)內(nèi)置在主軸中直接驅(qū)動主軸,從而實現(xiàn)電機(jī)和主軸一體化的功能。是省略了齒輪傳動、變速裝置(如皮帶、聯(lián)軸器)等中間傳動部件的直接驅(qū)動方式。
電主軸是電動機(jī)和主軸融合的產(chǎn)物,電動機(jī)的轉(zhuǎn)子是主軸的旋轉(zhuǎn)部分。理論上,電主軸可以看作是一個高速電動機(jī)。關(guān)鍵技術(shù)是高速下的動平衡:
電主軸是高精度的一個執(zhí)行機(jī)構(gòu),影響電主軸旋轉(zhuǎn)精度的主要因素有:
主軸誤差主要有主軸軸承軸頸的圓度誤差、同軸度誤差(導(dǎo)致主軸軸心線發(fā)生偏移)和主軸軸頸軸向承載面與軸線的垂直度誤差(影響主軸軸向位移)。
軸承誤差包括滑動軸承內(nèi)孔或滾動軸承滾道的圓度誤差、滑動軸承內(nèi)孔或滾動軸承滾道的波紋度、滾動軸承滾子的形狀和尺寸誤差、軸承定位端面與軸心線的垂直度誤差、軸承端面之間的平行度誤差、軸承間隙和切削時的受力變形等。