你知道高速电主轴是如何分类的吗?

一、按电主轴电动机特性分类

1. 恒转矩电主轴

在电主轴调速全过程中, 电动机功率随转速呈线性变化, 而电动机转矩恒定不变的电主轴。恒转矩电主轴的最高转速为额定转速, 其输出特性曲线如图2-3 所示。磨用电主轴的电动机一般都是恒转矩设计。

2. 恒功率电主轴

在电主轴调速全过程中, 电动机某一转速按功率保持不变的电主轴。恒功率电主轴的输出特性曲线如图2-4 所示。

对于恒功率负载来讲, 其调速范围会经历两个区间: 在低速时(某个频率以下时) 是恒转矩调速, 因为按照输出功率恒定来看, 速度很低时, 电动机不可能输出一个无穷大的转矩, 这时应该认为负载转矩是一个恒定值, 即恒转矩性质, 而输出功率也不会直接就为额定功率。而当频率大于某个频率(速度) 以上时, 为恒功率调速, 输出功率不变, 为额定功率, 转矩随转速的升高而下降。

铣削和加工中心用电主轴的电动机通常是恒功率设计, 需要恒转矩段和恒功率段相配合, 以满足宽速度范围内的切削需要, 低速需要大转矩重切削, 高速需要一定功率的精切削。

二、按电主轴轴承支承方式分类

电主轴按采用的轴承类型可分为滚动轴承、空气动静压轴承、液体动静压轴承和磁悬浮轴承等支承的电主轴, 其中滚动轴承、空气动静压轴承、液体动静压轴承是目前电主轴应用最广泛的轴承类型。

1. 滚动轴承电主轴

以精密滚动轴承为支承的电主轴。滚动轴承按润滑方式不同, 电主轴又可分为以下类型:

(1) 油脂电主轴。采用高速润滑油脂的轴承润滑方式的电主轴。

(2) 油雾电主轴。采用压缩空气和润滑油的雾化混合体持续供给的轴承润滑方式的电主轴。

(3) 油气电主轴。采用压缩空气携带微量润滑油持续供给的轴承润滑方式的电主轴。

2. 气体轴承电主轴

以空气动静压轴承为支承的电主轴。

3. 液体轴承电主轴

以液体动静压轴承为支承的电主轴。

三、按应用领域分类

依据加工工艺类别不同, 数控机床用电主轴主要分为铣削和加工中心用电主轴、车削用电主轴、磨削用电主轴、钻削用电主轴4 个类别。根据使用条件不同, 其相应结构特点及部件配置也有差别。

1. 加工中心用电主轴

铣削和加工中心用电主轴用于数控铣床和加工中心机床, 具备以下特征: 高速、高精度、低速大转矩特性; 自动松拉刀功能; 准速、准停、零速锁定功能。

该类电主轴有自动换刀和手动换刀两种: 自动换刀主轴带有自动松拉刀系统, 刀具更换方便快捷; 手动换刀主轴结构简单, 经济实惠, 适合不需要频繁换刀的机床。大型数控铣削用电主轴不设刀库, 无需换刀, 一般采取开环控制; 加工中心用电主轴采用闭环编码控制,恒功率转速比大于1∶8, 以实现低速大转矩输出。若需要实现低速大转矩输出, 在选择电主轴型号时, 需要提供电主轴转速范围及恒功率段起点转速并且要有准停功能。电主轴润滑系统通常选用高速油脂润滑或油气润滑, 以减少油雾对环境的污染。铣削和加工中心用电主轴在设计上通常有恒转矩段和恒功率段相配合, 以满足宽速度范围内的切削需要, 低速需要大转矩重切削, 高速需要一定功率的精切削。铣削和加工中心用电主轴外形如图2-5 所示。

2. 数控车床用电主轴

数控车床用电主轴是数控车床中的工件轴, 具备以下特征: 高速、高精度旋转、低速大转矩特性; 前后主轴端能安装相应的动力卡盘或旋转液压缸, 并实现自动松开与拉紧工件功能; 定速性能, 以适应螺纹车削。车削用电主轴非常有利于高精度车加工以及降低工件表面粗糙度值, 特别适用于铝、铜类等有色金属零件的高速高精度车削工序。车削用电主轴能够传递运动和转矩, 并具有在带动工件旋转的同时直接承受切削力的能力; 在一定载荷和转速下

保证工件精确而稳定地绕其轴线做回转运动, 并在动态和热态条件下, 仍能保持这一性能。车削用电主轴外形如图2-6 所示。

3. 磨削用电主轴

磨削用电主轴主要用于表面磨削加工机床, 以提高磨削线速度和表面质量为目的, 具备以下特征: 以恒转矩电主轴为主; 高速、高精度和输出功率大的特征; 高密封性。最早用于轴承行业的轴承套圈内圆表面的磨削, 现也在各种内圆磨床、外圆磨床上广泛应用。

磨削用电主轴外形如图2-7 所示, 其中: 主轴接口为直孔(普通型) 的用于内圆磨机床, 外锥的用于外圆磨机床。

4. 钻削用电主轴

钻削用电主轴用于钻孔专用机床, 包括印刷电路板高速钻孔用电主轴, 具备以下特征:轴向刚度高; 高速、高精度特性; 印制电路板钻孔用电主轴常用空气动静压轴承。钻削用电主轴常规速度等级分为: 60 000r/ min、80 000r/ min、90 000r/ min、105 000r/ min、120 000r/ min、180 000r/ min 6 种。前三种为油脂润滑型滚动轴承支承的电主轴, 其加工范围为孔径0. 2 ~0. 7mm; 后三种为空气动静压型轴承支承的电主轴, 可用来钻削孔径为0. 1 ~0. 15mm 的小孔。

5. 雕铣用电主轴

雕铣用电主轴用于复杂曲而加工的数控雕铣机床, 包括木工机械用电主轴, 具备以下特征: 高速、高精度特性; 换刀便捷; 木工机械用电主轴一般使用空气冷却, 具有高密封性。雕铣用电主轴转速偏高, 一般在24 000r/ min以上, 其动力输出分为恒功率和恒转矩两种。雕铣用电主轴外形如图2-8 所示。

6. 特殊用电主轴

特殊用电主轴包括: 拉辗用电主轴、切割用电主轴、离心机用电主轴、试验机用电主轴及其他用电主轴。高速离心机用电主轴广泛用于分离、粉碎、雾化、试验等高速离心领域; 高速旋辗用电主轴用于加工空调设备的内螺纹铜管; 特殊用途的电主轴用于驱动、试验、切割等, 以满足用户特殊需要。

高速试验用电主轴, 一般分为军用和民用两大类。军用试验机主要包括航空高速风洞用电主轴, 燃气轮机1 640℃ 点火装置50 000r/ min 高速试验机用电主轴, 液氢- 253℃ 深冷50 000r/ min 高速试验机等。民用试验机电主轴主要用于高速动力卡盘回转液压缸试验机、石化干式密封件高速试验机、高速轴承多载荷试验机等。除了按照标准JB/ T 10801. 1—2014 进行分类外, 还有按冷却方式进行分类, 分为水冷电主轴、风冷电主轴和自冷电主轴; 按照换刀形式分自动换刀电主轴和手动换刀电主轴; 按电动机类型分为交流异步型电动机电主轴和永磁同步型电动机电主轴。按照用途分类, 各类电主轴的主要应用和特性汇总如表2-2 所示。

四、按电动机的类型分类

电主轴按电动机的类型可分为异步型电主轴和同步型电主轴。当前高速电主轴产品大部分都是内置异步交流感应电动机; 同步型电主轴多用永磁同步电动机。其各自的优缺点对比如表2-3 所示。

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