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主轴驱动系统和主轴电机发展趋势 柳仲达 窦炜 唐勇 仝晓田 许竟楠 槐建明 主轴驱动系统和主轴电机的发展趋势 主轴驱动系统概述 主轴驱动系统概述 主轴驱动系统也叫主传动系统，是在系统中完成主运动的动力装置部分。主轴驱动系统通过该传动机构转变成主轴上安装的刀具或工件的切削力矩和切削速度，配合进给运动，加工出理想的零件。它是零件加工的成型运动之一，它的精度对零件的加工精度有较大的影响。 数控机床对主轴驱动系统的要求 1、调速范围宽并实现无极调速 2、恒功率范围要宽 3、具有4象限驱动能力 4、具有位置控制能力 5、具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪音低 6、良好的抗振性和热稳定性 主轴驱动系统的发展趋势 主轴驱动系统包括主轴驱动器和主轴电动机。数控机床主轴的无级调速则是由主轴驱动器完成。主轴驱动系统分为直流驱动系统和交流驱动系统，目前数控机床的主轴驱动多采用交流主轴驱动系统即交流主轴电动机配备变频器或主轴伺服驱动器控制的方式 。 主轴驱动系统的发展趋势 交流主轴驱动系统 不同类型的主轴系统的特点和使用范围 不同类型的主轴系统的特点和使用范围 不同类型的主轴系统的特点和使用范围 不同类型的主轴系统的特点和使用范围 不同类型的主轴系统的特点和使用范围 不同类型的主轴系统的特点和使用范围 现代机床主轴电机发展趋势 1、现代机床主轴发展趋势是逐渐由传统机床主轴向电主轴过渡。 传统机床主轴是通过传动装置带动主轴旋转而工作的，电主轴的主要特点是将电机置于主轴内部，通过驱动电源直接驱动主轴进行工作，实现了电机、主轴的一体化功能。 与传统机床主轴相比，电主轴具有十分明显的优势。由于主轴由内装式电机直接驱动，省去了皮带、齿轮、联轴节等中间变速和传动装置，具有结构简单紧凑、效率高、噪声低、振动小和精度高等特点。而且利用交流变频技术，电主轴可以在额定转速范围内实现无级变速，以适应机床工作时各种工况和负载变化的需要。 现代机床主轴发展趋势 电主轴是将机床主轴与主轴电机融为一体的高新技术产品。电主轴实际是指电主轴系统，由电主轴、驱动控制器、编码器、润滑装置、冷却装置等组成。电主轴系统是数控机床三大高新技术之一(高速电主轴、数控系统、送给驱动)。随着数控技术及切削刀具的飞跃发展，越来越多的机械制造装备都在不断向高速、高精、高效、高智能化发展，电主轴已成为最能适应上述高性能工况的数控机床核心功能部件之一，尤其是在多轴联动、多面体加工、并联机床、复合加工机床等诸多先进产品中，电主轴的优异特点是机械主轴单元不能替代的。 电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，它与直线电机技术、高速刀具技术一起，将会把高速加工推向一个新时代。 现代机床主轴发展趋势 电主轴是一套组件，它包括电主轴本身及其附件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置等。电主轴所融合的技术： (1)高速轴承技术 (2)高速电机技术 (3)润滑 (4)冷却装置 (5)内置脉冲编码器 (6)自动换刀装置 (7)高频变频装置 现代机床主轴发展趋势 2、主轴电机另一个发展趋势主要是向高效、大功率主轴电动机发展。 为提高机床主轴电动机的切削速度、快速响应能力和控制精度，大多数CNC机床都选择集成式主轴AC感应主轴电动机代替以往的由皮带或齿轮减速的分离式主轴电动机，而最近随着技术的进步，新开发出一种含稀有材料的永久磁铁集成式主轴电动机，由于它能更高效、大功率地传递扭矩，所以大有取代感应式集成主轴电动机的趋势据。据介绍，这种含铌的永久磁铁集成式主轴电动机与通用的感应式集成主轴电动机相比．具有以下三个优点： (1)传递扭矩大用两种功率为N=7．46kW，转速n=600Or／min的电动机所作的比较性试验表明，通用的感应式集成主轴电动机传递的转矩为95N·nl。而含稀有材料的永久磁铁型集成式主轴电动机则能传递1 60N·nl的转矩。 现代机床主轴发展趋势 (2)易于对使用中产生的温升进行在线控制，且使用简单的气冷方式即可对主轴电动机进行冷却。无须安装昂贵的冷却器。 (3)由于电动机选用特殊的永久磁铁材料制成，所以磁性强，电动机体积小，结构紧凑，这样可使主轴孔直径增大，大大提高机床的加工能力。 现在的机械加工工艺要求的主轴转速越来越高，高转速也越来越成为衡量一个产品水平的标志，成为商家竞争的焦点，谁先采用了更高转速的主轴，谁便在激烈的竞争中拥有了一张硬牌。趋势就是：以专业厂家生产的高质量的电主轴取代各机床厂家自己生产的传统