你知道高速電主軸是如何分類的嗎?

在中華人民共和國機械行業標準《電主軸第1 部分: 術語和分類》(標準編號: JB/ T10801. 1—2014) 中規定了按電主軸電動機特性、軸承支承方式和應用領域分類的方法。

            此外, 還有按潤滑方式、冷卻方式、換刀形式以及電動機類型等進行分類的, 具體如表2-1 所示。

一、按電主軸電動機特性分類

1. 恒轉矩電主軸

在電主軸調速全過程中, 電動機功率隨轉速呈線性變化, 而電動機轉矩恒定不變的電主軸。恒轉矩電主軸的最高轉速為額定轉速, 其輸出特性曲線如圖2-3 所示。磨用電主軸的電動機一般都是恒轉矩設計。

2. 恒功率電主軸

在電主軸調速全過程中, 電動機某一轉速按功率保持不變的電主軸。恒功率電主軸的輸出特性曲線如圖2-4 所示。

對于恒功率負載來講, 其調速范圍會經歷兩個區間: 在低速時(某個頻率以下時) 是恒轉矩調速, 因為按照輸出功率恒定來看, 速度很低時, 電動機不可能輸出一個無窮大的轉矩, 這時應該認為負載轉矩是一個恒定值, 即恒轉矩性質, 而輸出功率也不會直接就為額定功率。而當頻率大于某個頻率(速度) 以上時, 為恒功率調速, 輸出功率不變, 為額定功率, 轉矩隨轉速的升高而下降。

銑削和加工中心用電主軸的電動機通常是恒功率設計, 需要恒轉矩段和恒功率段相配合, 以滿足寬速度范圍內的切削需要, 低速需要大轉矩重切削, 高速需要一定功率的精切削。

二、按電主軸軸承支承方式分類

電主軸按采用的軸承類型可分為滾動軸承、空氣動靜壓軸承、液體動靜壓軸承和磁懸浮軸承等支承的電主軸, 其中滾動軸承、空氣動靜壓軸承、液體動靜壓軸承是目前電主軸應用最廣泛的軸承類型。

1. 滾動軸承電主軸

以精密滾動軸承為支承的電主軸。滾動軸承按潤滑方式不同, 電主軸又可分為以下類型:

(1) 油脂電主軸。采用高速潤滑油脂的軸承潤滑方式的電主軸。

(2) 油霧電主軸。采用壓縮空氣和潤滑油的霧化混合體持續供給的軸承潤滑方式的電主軸。

(3) 油氣電主軸。采用壓縮空氣攜帶微量潤滑油持續供給的軸承潤滑方式的電主軸。

2. 氣體軸承電主軸

以空氣動靜壓軸承為支承的電主軸。

3. 液體軸承電主軸

以液體動靜壓軸承為支承的電主軸。

三、按應用領域分類

依據加工工藝類別不同, 數控機床用電主軸主要分為銑削和加工中心用電主軸、車削用電主軸、磨削用電主軸、鉆削用電主軸4 個類別。根據使用條件不同, 其相應結構特點及部件配置也有差別。

1. 加工中心用電主軸

銑削和加工中心用電主軸用于數控銑床和加工中心機床, 具備以下特征: 高速、高精度、低速大轉矩特性; 自動松拉刀功能; 準速、準停、零速鎖定功能。

該類電主軸有自動換刀和手動換刀兩種: 自動換刀主軸帶有自動松拉刀系統, 刀具更換方便快捷; 手動換刀主軸結構簡單, 經濟實惠, 適合不需要頻繁換刀的機床。大型數控銑削用電主軸不設刀庫, 無需換刀, 一般采取開環控制; 加工中心用電主軸采用閉環編碼控制,恒功率轉速比大于1∶8, 以實現低速大轉矩輸出。若需要實現低速大轉矩輸出, 在選擇電主軸型號時, 需要提供電主軸轉速范圍及恒功率段起點轉速并且要有準停功能。電主軸潤滑系統通常選用高速油脂潤滑或油氣潤滑, 以減少油霧對環境的污染。銑削和加工中心用電主軸在設計上通常有恒轉矩段和恒功率段相配合, 以滿足寬速度范圍內的切削需要, 低速需要大轉矩重切削, 高速需要一定功率的精切削。銑削和加工中心用電主軸外形如圖2-5 所示。

2. 數控車床用電主軸

數控車床用電主軸是數控車床中的工件軸, 具備以下特征: 高速、高精度旋轉、低速大轉矩特性; 前后主軸端能安裝相應的動力卡盤或旋轉液壓缸, 并實現自動松開與拉緊工件功能; 定速性能, 以適應螺紋車削。車削用電主軸非常有利于高精度車加工以及降低工件表面粗糙度值, 特別適用于鋁、銅類等有色金屬零件的高速高精度車削工序。車削用電主軸能夠傳遞運動和轉矩, 并具有在帶動工件旋轉的同時直接承受切削力的能力; 在一定載荷和轉速下

保證工件精確而穩定地繞其軸線做回轉運動, 并在動態和熱態條件下, 仍能保持這一性能。車削用電主軸外形如圖2-6 所示。

3. 磨削用電主軸

磨削用電主軸主要用于表面磨削加工機床, 以提高磨削線速度和表面質量為目的, 具備以下特征: 以恒轉矩電主軸為主; 高速、高精度和輸出功率大的特征; 高密封性。最早用于軸承行業的軸承套圈內圓表面的磨削, 現也在各種內圓磨床、外圓磨床上廣泛應用。

磨削用電主軸外形如圖2-7 所示, 其中: 主軸接口為直孔(普通型) 的用于內圓磨機床, 外錐的用于外圓磨機床。

4. 鉆削用電主軸

鉆削用電主軸用于鉆孔專用機床, 包括印刷電路板高速鉆孔用電主軸, 具備以下特征:軸向剛度高; 高速、高精度特性; 印制電路板鉆孔用電主軸常用空氣動靜壓軸承。鉆削用電主軸常規速度等級分為: 60 000r/ min、80 000r/ min、90 000r/ min、105 000r/ min、120 000r/ min、180 000r/ min 6 種。前三種為油脂潤滑型滾動軸承支承的電主軸, 其加工范圍為孔徑0. 2 ~0. 7mm; 后三種為空氣動靜壓型軸承支承的電主軸, 可用來鉆削孔徑為0. 1 ~0. 15mm 的小孔。

5. 雕銑用電主軸

雕銑用電主軸用于復雜曲而加工的數控雕銑機床, 包括木工機械用電主軸, 具備以下特征: 高速、高精度特性; 換刀便捷; 木工機械用電主軸一般使用空氣冷卻, 具有高密封性。雕銑用電主軸轉速偏高, 一般在24 000r/ min以上, 其動力輸出分為恒功率和恒轉矩兩種。雕銑用電主軸外形如圖2-8 所示。

6. 特殊用電主軸

特殊用電主軸包括: 拉輾用電主軸、切割用電主軸、離心機用電主軸、試驗機用電主軸及其他用電主軸。高速離心機用電主軸廣泛用于分離、粉碎、霧化、試驗等高速離心領域; 高速旋輾用電主軸用于加工空調設備的內螺紋銅管; 特殊用途的電主軸用于驅動、試驗、切割等, 以滿足用戶特殊需要。

高速試驗用電主軸, 一般分為軍用和民用兩大類。軍用試驗機主要包括航空高速風洞用電主軸, 燃氣輪機1 640℃ 點火裝置50 000r/ min 高速試驗機用電主軸, 液氫- 253℃ 深冷50 000r/ min 高速試驗機等。民用試驗機電主軸主要用于高速動力卡盤回轉液壓缸試驗機、石化干式密封件高速試驗機、高速軸承多載荷試驗機等。除了按照標準JB/ T 10801. 1—2014 進行分類外, 還有按冷卻方式進行分類, 分為水冷電主軸、風冷電主軸和自冷電主軸; 按照換刀形式分自動換刀電主軸和手動換刀電主軸; 按電動機類型分為交流異步型電動機電主軸和永磁同步型電動機電主軸。按照用途分類, 各類電主軸的主要應用和特性匯總如表2-2 所示。

四、按電動機的類型分類

電主軸按電動機的類型可分為異步型電主軸和同步型電主軸。當前高速電主軸產品大部分都是內置異步交流感應電動機; 同步型電主軸多用永磁同步電動機。其各自的優缺點對比如表2-3 所示。