02-数控加工电主轴基本知识及选用

项目二

机器人数控加工规划数控加工电主轴基本知识及选用学习目标1.了解机器人数控加工的电主轴基本知识通过学习了解和掌握机器人数控加工电主轴的知识通过学习数控加工电主轴选用标准，掌握电主轴的选用方法2.掌握数控加工电主轴的选用机器人数控加工工装选用工装：即工艺装备:指制造过程中所用的各种工具的总称。1.数控加工主轴基本知识数控加工主轴指的是机床上带动工件或刀具旋转的轴。通常由主轴、轴承和传动件（轮或带轮）等组成主轴部件衡量主轴部件性能的指标主要是旋转精度、刚度和速度适应性。动、静刚度2.主轴基本知识机床主轴根据驱动方式分为机械主轴和电主轴。机械主轴是外置的电动机通过皮带或联轴器驱动主轴旋转；电主轴是由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”，由于没有中间传动环节，有时又称它为“直接传动主轴”。2.主轴基本知识电主轴（high-frequencyspindle）在JB/T10801.1-2014

电主轴第1部分:术语和分类中的定义：集成电动机功能的主轴单元，即将电动机内置于主轴单元中，形成电动机、主轴一体化的精密轴系组件。代号：D。2.主轴基本知识结构形式3.电主轴基本知识结构简单紧凑便于专业化生产运行平稳延长寿命电机内置及直接驱动好处带轮或者齿轮传动高速下加剧振动提高主轴刚度，提高系统固有频率高速下快速准停，直接驱动少转动惯量坏处不利于散热，需要专业的冷却装置。5.电主轴原理与结构1、轴壳：主要部件，尺寸精度和位置精度，两端开放型。2、转轴：主要回转主体，制造精度，动平衡测试。3、轴承：核心支承部件，大小、布置和润滑方法。4、定子与转子：矽钢片，转子铁芯、鼠笼、转轴。5.电主轴原理与结构工作原理：高速电主轴电机的绕组相位互差120°,通后,三相绕组各自形成一个正弦交变磁场,合成一个强度不变、磁极朝一定方向恒速旋转的磁场,磁场转速就是电主轴的同步转速。5.电主轴原理与结构工作原理：公式：n=60f/pn：异步电动机的同步转速f:输入电机定子绕组电流的频率P：电机定子的极对数5.电主轴原理与结构转速：通过利用变换输入电动机定子绕组的电流的频率和激磁电压来获得各种转速。转向：改变电主轴输入电流的相序,便可改变电主轴的旋转方向。6.电主轴融合的技术陶瓷材料（主要指si3n4工程陶瓷）因具有密度小、弹性模量高、热膨胀系数小、耐磨、耐高温、耐腐蚀等优良性能，从而成为制造高速精密轴承的理想材料。7.电主轴分类按照用途来分类：用途加工中心用电主轴数控车床用电主轴磨削用电主轴钻削用电主轴雕铣用电主轴特殊用电主轴8.电主轴基本参数电主轴型号：按照JB∕T10801.1-2014电主轴第1部分：术语和分类的标准有安装外径尺寸、用途分类、最高转速、轴承支撑和润滑方式、额定功率、改型等代号组成。8.电主轴基本参数电主轴型号：用途分类代号用大写拼音字母表示：安装外径尺寸代号用阿拉伯数字表示，单位是毫米（mm）。比如：安装外径尺寸24cm，代号表示为“240”8.电主轴基本参数电主轴型号：轴承支撑和润滑方式代号用大写拼音字母表示：最高转速代号用最高转速的千分之一表示，单位是转每分（r/min）。比如：最高转速为12000r/min，表示为“12”8.电主轴基本参数电主轴型号：改型代号可按拼音字母顺序给出，尽量避免使用定义过的字母。额定功率代号用阿拉伯数字表示，单位是千瓦（kW）。比如：额定功率为12000W，表示为“12”9.电主轴基本参数转速

n=60f/p，电主轴一般为异步电动机。输出功率用P表示。一般随电源频率和电压而变化。输出转矩用M表示，最大转矩表示电主轴的过载能力。额定转矩表示负载能力，最大转矩一般是额定转矩的2倍左右。瞬间最大负载转矩不能超过电主轴的最大转矩，工作转矩稍小于电主轴的额定转矩。9.电主轴基本参数转矩和转速、功率的关系：恒转矩调速一般用于磨削用电主轴或者小型铣削用电主轴，注重考核高速时候的性能。恒功率调速一般在起步或者低速阶段采用恒转矩调速。在高速时候采用恒功率调速。公式：9.电主轴基本参数Dmn值电主轴刚度和转速的综合特征参数，Dm为轴承中径,n为电主轴工作转速。Dmn值越大,其电主轴性能越高。Dmn值恒定,n越大，则Dm

值越小，刚性差。在保证高转速，尽可能加大主轴的直径，提高刚性。Dmn值<1.2×106时,

可采用油脂润滑；Dmn值>1.2×106时,

要求采用油雾润滑；Dmn值>2×106时,必须采用油气润滑。9.电主轴基本参数刚度和精度和电主轴的前后轴承的配置方式、主要零件的制造精度、选用滚动轴承的尺寸的大小和精度等级、装配的技艺水平和预加载荷有关。10.电主轴选用选用步骤：1.根据应用场合。确认主轴的大类。然后到电主轴手册中找到对应的大类。10.电主轴选用2.根据负载工况和扭矩要求。计算出需要的功率，以及此功率对应的转速。电主轴手册中找到满足功率、转速要求的型号。功率、转速确定，电主轴的外径确定。常用电主轴外径一般是φ80，φ100，φ120，φ140等。10.电主轴选用3.确认需要的刀柄类型。同一种型号电主轴有几种刀柄类型可供选择。10.电主轴选用4.确认是否需要刚性攻丝。若需要，需要配相应编码器。10.电主轴选用5.确认换刀方式。电主轴有自动和手动换刀两种方式。自动换刀方式须配拉刀机构，长度会增加。10.电主轴选用6.确认电主轴冷却方式。一般有自冷，风冷，水冷和油冷几种方式。水冷用的最多根据电主轴的发热量配相应的功率的冷却水系统。10.电主轴选用7.确认润滑方式。一般有油脂润滑，油雾润滑，油气润滑。油脂润滑转速相应要低。油雾，油气润滑转速高，但要配相应润滑系统。10.电主轴选用8.确认主电源电压。一般为AC380V/220V。10.电主轴选用9.根据最高转速，算出对应的频率。选用最大频率满足要求的变频器。11.数控加工主轴选用选用实践：1）结合机器人数控加工需求，需要满足平面和曲面铣削加工，因此选用雕铣用电主轴，考虑国产品牌，选用振宇品牌的雕铣用电主轴，在此品牌的相应的选型手册。2）使用变频器输入给电机定子绕组电流的频率f是300Hz，电机定子的极对数p是1，假设额定转差率SN很小，可忽略，已知所需的电主轴额定转矩M为2.38Nm。已知额定转差率SN=0，额定转速nN=n1・(1-SN)，又由公式可得，n1=60f/p，则额定转速nN=n1・(1-SN)=(60f/p)・(1-SN)=(60x300/1)x(1-0)=18000(r/min)；11.数控加工主轴选用选用实践：由公式可得，M=975Px9.8/nN得到，P=M・nN/(975x9.8)=2.38x18000/(975x9.8)=4.48（kW）。由上所得，所需的电主轴转速18000r/min，功率是4.5kW。在选型手册上选择对应的型号，在电主轴规格表选择电主轴型号所在范围为4.5kw-ER32带和4.5kw-ER32不带。11.数控加工主轴选用选用实践：3）其他方面的选型（1）选择电主轴带夹头螺母的形式夹持刀柄，对应型号为EM32UM，夹持刀具范围为（3-20）mm。（2）根据需求，不需要刚性攻丝。选择手动换刀的方式。采用风扇冷却