机床高速电主轴装配技术的研究与应用

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【摘要】机床的设计制造中，高速电主轴作为重要的组件，对机床的整体的性能具有非常重要的作用。本文对高速电主轴的特点进行分析，阐述高速电主轴的主轴结构和电主轴装配使用的技术重点，研究机床高速电主轴的装配设计与工艺优化。

【关键词】机床；电主轴；装配技术；装配工艺

随着加工制造业的发展，对高速数控机床的需求越来越多，数控机床也朝着高速、高效、高精度和高智能化的方向发展。高速电主轴是数控机床的重要组成部分，作为数控机床的高新技术之一，其性能指标及其设计和装配的合理性直接影响着机床整体的性能。为了实现高速电主轴的设计和装配，使其高速稳定的运行，达到理想的性能指标，在机床制造中充分的发挥作用，本文对高速电主轴的结构进行分析，总结高速电主轴的装配技术关键点，探讨电主轴装配工艺。

1、高速电主轴的优势特点

电主轴将传统主轴的中间变速装置和传动装置省略，取而代之的是内装式电机的直接驱动。电主轴因为省去了中间的传动环节，在运行的过程中平稳度增加，结构简单，噪声小，振动也小，而且主轴的承载负荷也减小，能够很好的保证加工精度。在运行的速度上，电主轴的运行更加高速，而且稳定性高，动态精度好，对于现今数控机床所要求的高速、高精度的切削加工能够很好的满足。电主轴的内装电机，具有闭环适量控制和伺服控制技术，这对于机床在进行低速切削加工的过程中需要的大转矩需求能够很好的满足，同时也支持大功率的高速精细加工的需求。另外，电主轴还能够实现准停，对于机床准停和C轴传动的要求也给予支持。如果在电主轴中将交流变频技术加以利用，电主轴可实现在额度的转速范围内的无机变速，这对于机床负载的变化和多种工况的需要能够良好的适应。

2、内置式电主轴的结构分析

电主轴是在主轴上安装一个液冷感应电机形成一个电机主轴整体，在主轴上热装转子，在主轴箱内的冷却壳内压装定子，当接通电源以后可带动主轴进行运转。主轴在高速运转的过程中会产生一定的热量，在定子外壳上装置螺旋导管，冷却介质通过导管导出热量。电主轴的结果比较简单，耗能小，取消了传统主轴的传动系统，实现了机床的零传动，使机床主轴的运行速度，响应能力和加工精度都大大提高。本文所研究数控机床主轴装配结构图如下图1所示：

3、高速电主轴设计和装配的技术关键点

电主轴设计的技术关键点主要在于电机的性能、轴承的选配、控制振动的措施、冷却系统的设计以及主轴于电机定子的过盈量。电主轴装配工艺的关键点主要在于主轴预紧力的控制、轴承温度的控制、主轴的动平衡、转子的热装和定子的热装等。电主轴、转子、定子以及轴承在运转的过程中会产生热量，而电主轴的电机定子是在壳体内直接安装的，不利于电机的散热，所以必须有冷却系统与之相配合，才能达到电机的散热的目的。电主轴的高速运转的过程中，要减少振动带来的负面影响，就要对动平衡的精度进行有效的控制，也就是使个回转件在主轴上的装配的动平衡达到平衡精度的要求。主轴零件与电机的定子之间要合理的确定过盈配合量。

4、主轴装配工艺设计

4.1主轴系统的动平衡校核

要控制好主轴各组件装配的精度，首先就要进行相关部件的动平衡校核。主轴动平衡的校核采用动平衡机进行操作。本文采用的动平衡机的型号为上海申克HY20BK型，其具有数字显示功能，精度可达到mg。主轴要求动态不平衡量要在1g以下，根据动静平衡的试验，在主轴上直接将不平衡量进行消除。主轴的去重位置，前殿在近于甩油槽的最大外圆径向部位，后点在主轴后端面的轴向部位。通过多次的反复试验，直到达到技术要求为止。

4.2主轴的圆柱度校验

在实际的校验中，主轴的圆柱度可以利用圆跳动来取代。在进行圆柱度的检测的过程中，采用双“V”在轴承的安装位置进行支撑。本文采用的检测设备为大表盘千分表指示器，将其与支架的一个支撑面垂直，将主轴进行轴向的定位后进行转动，对主轴的圆度凹点进行反复多次的检测并进行标示。采用双“V”对主轴做以支撑，指示器与检棒表面垂直，转动主轴，对主轴的锥孔凹点进行反复多次的检测并进行标示。

4.3轴承装配方法

主轴前轴承内圈跳动的高点与前轴承出的凹点相对应，尽量提高轴承滚道的圆度，这对主轴前端旋转精度的提高具有重要作用。主轴后轴承内圈跳动的高点与前端锥孔的凹点相对应，使轴承安装后能够减小主轴锥孔的径向跳动误差。

5、电主轴的装配工艺

5.1隔套结构的设计与工艺优化

如图2所示，以保证内孔精度为前提条件，主轴和内隔套的配合长度被缩短到2mm，这种结构主要是利用隔套所具有的弹性变形的性能，补充圆柱面的定位缺陷，实现主轴端面和圆柱面的双定位。对于轴承外隔套的设计也采用与内隔套类似的结构。为了达到轴承受到均匀的预紧，轴承隔套的内外端面的平面度和平行度要达到工艺所要求的0.03mm。我们在原有加工工艺的基础上进行改进，设计了新的加工工艺，即进行研磨加工，使轴承隔套的加工精度满足了轴承装配精度的要求。

5.2主轴的装配工艺

主轴的装赔采用定向装配法，装配工艺采用热装。首先利用电磁加热器对轴承等组件进行加热，加热时间为1分钟，温度在75℃左右。先安装起吊环与主轴的端面，吊起主轴组件后在床头箱体孔中垂直装入，然后进行前法兰盘的安装，再把床头箱体平放，进行后端法兰盘的安装。基本组件安装完毕后仅轴承预紧，注意预紧要根据主轴要求的精度来进行，同时对主轴进行前后的调整，然后进行主轴的热检，反复进行调整，直到各项精度都符合要求，装配完毕。

参考文献

[1]王华国，赵鹏宁.定向装配法在精密主轴装配中的应用[J].机床与液压，2012（40）.

[2]吴玉厚.数控机床电主轴单元技术[M].北京机械工业出版社，2011.