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高速电机的概述

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  高速加工技术越来越受到人们的关注,它不仅可获得更大的生产率,而且还可获得很高的加工质量,并可降低生产成本,因而被认为是21世纪最有发展前途的先进制造技术之一。

  在先进工业国家,此项技术已广泛应用于航空、航天及模具行业。在近五年中,我国的该项技术也取得了长足的进步。是实现高速切削的前提条件,

  高速机床与虚拟轴机床均为机床突破性的重大变革。无论是普通数控机床还是虚拟轴机床,实现高速化的关键部件仍是主轴单元。

  主轴高速化常用dn值(dn值是指主轴轴承的平均直径(mm)与主轴的极限转速(r/min)的乘积)来衡量,高速主轴常是指dn值在1.0×106以上的主轴。随着轴承技术、润滑技术的发展,主轴的转速在逐年提高。在资料显示,在80年代,主轴轴承在脂润滑条件下的dn值最多只能达到0.5×106,但当油气润滑装置开发出来以后,dn值迅速提高到1.0×106,采用角接触陶瓷球轴承后,主轴轴承的dn值进一步提高到2.0×106。

  到90年代,采用新的润滑方式——喷射润滑,使主轴的dn值达到3.0×106。对于转速在10000r/min以上的主轴单元,通过皮带或者联轴器来驱动已不再合适,较合理的方式是采用内装电机直接驱动,即将电机的转子直接安装在主轴上,定子安装在主轴套筒里,做成所谓电主轴的形式。

  该电主轴具有结构紧凑、易于平衡、传动较率高等优点,是高速主轴理想的结构。电主轴的性能除了受轴承及其润滑技术影响较大以外,还受许多因素的影响,其中包括轴承预紧力的控制、内装电机的发热与冷却、主轴的动平衡、轴上零件的连接等。

  此外,主轴轴端的设计也是高速电主轴不容忽视的问题。 电主轴轴承的选择及其预紧技术用在高速主轴单元上的轴承主要有角接触球轴承、磁悬浮轴承、水基动静压轴承、东鑫电机空气动静压轴承等。

  磁悬浮轴承由于价格昂贵,控制系统复杂,发热问题难以解决,因而还无法在高速主轴单元上推广应用。

  水基静压轴承是目前国内较热门的研究课题之一,它是利用水具有热容量较大、轴承温升较小的特点,部分解决了普通动、东鑫电机静压轴承发热严重的问题,主要用在低速重载场合。

  空气动静压轴承径向刚度低并有冲击,但高速性能好,一般用在超高速、轻载、精密主轴上。

  角接触球轴承dn值在2.0×106以下的高速主轴单元中应用,无论是速度极限、承载能力、刚度、精度等各方面均能很好地满足要求并已标准化,价格低廉,东鑫电机

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