【分　 类】 机械与建筑工程
【关 键 词】 加工中心  高速电主轴 密封设计
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正文：
摘要：加工中心电主轴是数控加工中心机床的核心部件，对影响数控加工中心精度和寿命较大。本文介绍了加工中心电主轴机械部分的组成，以及在设计过影响电主轴寿命精度的原因，总结了加工中心电主轴在设计过程中应该注意的事项。
关键词 加工中心  高速电主轴 密封设计
 
             Motorized Spindle machining center designed to improve ways of lifespan
Abstract: Motorized Spindle maching center is a key component of CNC maching centers,and sprindle CNC maching center for precision and life of great influence. This article describes the machining center spindle composed of mechanical parts,and describes the impact of re-design process because the precision spindle lifespan,and Summed up the machining center spindle in the design process should be noted that some of the issues 
Keywords: High-speed motorized spindle;CNC machine center;SealDesign
 
高速加工技术是指比常规切削速度高3~5倍的速度进行加工的一项先进制造技术。近20年来在工业各部门特别是航空，航天，汽车工业，造船，模具加工等领域获得广泛应用。在进入21实际，一批又一批高速加工中心和其他各类高速数控机床相继投放国际市场，其需求量正与日俱增。高速大功率的内装电动机主轴单元（在文中简称电主轴）作为高速机床的核心功能部件，是完成高速加工的关键，其性能指标直接决定机床的发展水平，因此研制开发高速、高效、高精度、大功率、大扭矩和高可靠性电主轴具有很好的市场前景。本文从电主轴设计阶段介绍影响电主轴寿命的几个因素。
一、加工中心电主轴基本结构特点
电主轴是将空心的电动机转子直接热装于高精度的主轴零件上，定子通过一个冷却套固装在电主轴的壳体中，形成一个完整的电主轴单元，如图1。这样电动机的转子就是机床的主轴，主轴前端外伸部分的内锥孔和端面，用于安装和固定可换的刀柄。通电后定子直接驱动主轴运转，结构简单紧凑，功率损耗小，转动惯量小，快速响应好，能够实现高速，高加速度及定向停止（C轴控制），采用交流变频调速和适量控制电器驱动，实现宽调速。
 
 
 
 
 
                            图1
 
二、高速、高刚性轴承的确定
加工中心电主轴（立式）一般情况60%的时间用于铣削工件，承受径向力；40%的时间用于钻孔，承受轴向力。
1、轴承形式的确定
主轴前轴承选用低发热超高速角接触球轴承，轴承组合方式围四列背对背中间加隔套方式，有效作用点距离大，能够承受两个方向的轴向载荷和径向载荷，整个系统的动态刚性好。
2、轴承材料的选择
随着加工材料的不断改进和多样化，机床用精密轴承快速向更高速度迈进。这种进步主要集中于轴承的摩擦学——滚动轴承采用了新一代轴承材料。这种材料就是最新的高氮化合金钢，用于制造轴承的内环和外环。轴承滚动体采用SiN4陶瓷材料，第一，其重量比同直径钢球轻40%，离心力影响减小，可以延长高速旋转轴承的寿命。第二，陶瓷材料的线膨胀系数小，高速旋转时轴承的热变形比钢球滚动体小。第三，陶瓷材料硬度高，能达到1600—1700HV，是钢球的2.3倍，可减少磨损，提高轴承寿命。第四，陶瓷与金属间不产生“咬住”现象，磨损物也不会嵌入陶瓷球中，从而进一步提高了轴承的寿命。通过使用陶瓷滚动体，角接触球轴承降低了高速旋转时的滑动与自滑动，寿命提高3—4倍。
3、轴承预符合的合理确定
为了提高主轴的刚度，在装配式，采用给轴承施加合理的预负荷。轴承预负荷有定位预符合与定压预负荷两种方式，合适的预负荷可以增加轴承的疲劳寿命，降低噪声，一直滚动体的旋转滑动，减小高速旋转时轴承滚动体于内外圈滚到接触角的变化，并影响整个系统的阻尼系数。轴承预负荷方式对刚度影响见图2。
 
                                   图2
 
由图2可看出，定位预负荷比定压预负荷对刚度影响大，因此在主轴单元结构设计中采用定位预负荷的方式。
三、轴承润滑方式的合理选择
要保证精密电主轴组件的最佳性能和可靠性，正确润滑是不能忽视的。
运行过程中，正确选择润滑剂时要考虑的一下几点因素：
（1） 通过为回转元件和具有足够承载强度的轴承滚道之间提供液体动压油膜，降低摩擦和磨损及防止金属与金属直接接触。
（2） 通过减小滑动摩擦最大限度地减小轴承隔离圈的磨损。
    （3） 防止污物进入轴承。
    （4） 消除摩擦生热。
 （5）防止滚动元件的氧化和腐蚀。
润滑主轴轴承的三种常用方法（见表）：

• 全寿命永久性润滑脂——把一定量的润滑脂封装在轴承中的预润滑。
• 油雾润滑——利用压缩空气将润滑油转换成雾状的方法喷射润滑油雾。
• 油气定量润滑——用一个混合阀通过恒量活塞间歇释放最小量的润滑油，通过将润滑油喷射到压缩气流中连续供油。

主轴轴承3钟常用润滑方法

润滑方法	优点	缺点
润滑脂	经济	润滑脂变质——可能发生胶结
	免维护	冷却液和污物进入——密封是关键
	结构简单，可靠	寿命短，极限转速低
油雾润滑	产生热量低——工作温度低	成本极高
	润滑油变质可能性小	要求定期维护
	提供轴承冷却	很难证明润滑油直接送达轴承
	防止冷却液和污物进入	小流量控制困难
		污染环境
油气润滑	极限转速高dmn值可达1.9x106 产生热量低——工作温度低	成本极高
	润滑油变质可能性小	要求定期维护
	提供轴承冷却
	防止冷却液和污物进入
	环境污染最小

 

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