设计与研究高速电主轴设计制造中若干问题的探讨张伯霖夏红梅黄晓明（广东工业大学）摘要探讨了电主轴的优良特性，介绍了基本参数和结构类型的选择，分析了电主轴的两大内部热源：内置电动机和主轴轴承。提出了降低电主轴温升的两大措施：电动机外循环油冷和陶瓷球轴承及其油!气润滑，讨论了高速电主轴动平衡设计的原理与方法。关键词高速加工数控机床主传动系统电主轴近"#年随着高速加工技术的迅猛发展和日益广术，输出功率大，调速范围宽。有比较理想的扭矩———泛的应用，各工业部门，特别是航空航天、汽车工业、模功率特性（图"N），一次装夹既可实现粗加工又可进行具加工和摩托车工业等，对高速数控机床的需求量与高速精加工。日俱增。美、日、德、意和瑞士等工业发达国家已生产了多种商品化高速机床，表"列出了近几年在国际机床市场上出现的几种著名品牌的高速加工中心。表!新型高速加工中心主轴最高最大进给主轴驱动制造厂家图扭矩—功率特性机床名称和型号转速速度功率"（国别）（$%&’(）（&%&’(）（)*）（G）实现了主轴部件的单元化，可独立做成标准化+’(,’(-.’/-2’&3##型的功能部件，并由专业厂进行系列化生产。机床主机4####45"4/’0-,$1（(美）卧式加工中心厂只需根据用户的不同要求进行选用，可很方便地组型高速（美）:;/5##6(78$9100卧式加工中心4####<=>4?3成各种性能的高速机床，符合现代机床设计模块化的:@/<##型发展方向。/’)$1（(美）?4###?#"?高速立式加工中心电主轴的机械结构虽然比较简单，但制造工艺的A2!,800!BC:+4?"型高速（德）卧式加工中心4?###"4#?#要求却非常严格。这种结构还带来一系列新的技术难题，诸如内置电动机的散热、高速主轴的动平衡、主轴DBEAD（@德）DF/"###型加工中心?4###G#4#HG#I33!I"45型支承及其润滑方式的合理设计等问题，必须妥善地得/-)’(（1日）?####3#44加工中心到解决，才能确保主轴稳定可靠的高速运转，实现高效新泻铁工（日）;J?#型加工中心3####4#"5>3精密加工。本文结合我校高速电主轴的研制实践，探型（日）@LM8$!?##:讨铣镗类高速大功率电主轴设计与制造中的有关问/-K-)加工中心43###"3"5>3题。一般说来，高速机床都是数控机床和精密机床，其电主轴的基本参数与结构布局传动结构的最大特点是实现了机床的“零传动”［"］。!从机床的主传动系统来看，这种传动方式取消了从主电主轴的主要参数有：（"）主轴最高转速和恒功率电动机到主轴之间一切中间的机械传动环节（如皮带、转速范围；（4）主轴的额定功率和最大扭矩；（G）主轴前齿轮、离合器等），实现了主电动机与机床主轴的一体轴颈直径和前后轴承的跨距等。其中主轴最高转速、化。这种传动方式有以下优点：前轴颈直径和额定功率是基本参数。电主轴通常装备（"）机械结构最为简单，传动惯量小，因而快速响在高速加工中心上，在设计电主轴时要根据用户的工应性好，能实现极高的速度、加（减）速度和定角度的快艺要求，采用典型零件统计分析的方法来确定这些参速准停（+轴控制）。数。机床厂对同一尺寸规格的高速机床，一般会分两（4）采用交流变频调速和矢量控制的电气驱动技大类型，即“高速型”和“高刚度型”分别进行设计。前设计与研究者主要用于航空、航天等工业加工轻合金、复合材料和要热源，一是内藏式主电动机，另一个是主轴轴承。铸铁等零件；后者主要用于模具制造、汽车工业中高强与一般的主轴部件不同，电主轴最突出的问题之度钢或耐热合金等难加工材料和钢件的高效加工。在一是内藏式高速主电动机的发热。由于主电动机旁边设计电主轴时，还要注意选择有较好扭矩———功率特就是主轴轴承，电动机的发热会直接降低轴承的工作性和有足够宽调速范围的变频电动机及其控制模块。精度，如果主电动机的散热问题解决不好，还会影响机根据主电动机和主轴轴承相对位置的不同，高速床工作的可靠性。图(所示为我校高速电主轴的外循电主轴有两种布局方式：环油%水冷却系统。在主电动机定子的外面加一带螺（!）主电动机置于主轴前、后轴承之间。图"所示旋槽的铝质外套’（图"），机床工作时，冷却油不断在是我校研制的#$%"型高速电主轴，也是一般电主轴该螺旋槽中流动，从而把主电动机的热量及时、迅速地的基本结构形式。其优点是主轴单元的轴向尺寸较带走。冷却油的流量可按主电动机的发热量进行计短，主轴刚度高，出力大，较适用于中、大型高速加工中算［’］。心，目前大多数电主轴都采用这种结构形式。图"#$%"型电主轴图(#$%"型电主轴的油%水热交换系统!&编码