电主轴结构的基本构成
电机主轴结构的基本构成
传统数控机床主轴驱动通常有三种方式：电机经过有限级齿轮传动驱动主轴的方式，电机经过同步带传动驱动主轴的方式，电机直接驱动主轴的方式。它们分别适用于大、中、小转矩的场合。
这几种传动方式如果用于高速场合，会出现皮带打滑，振动和噪声加大，转动惯量大的缺点，从而影响零件的表面加工质量。
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．电主轴结构的基本构成
所谓电主轴结构就是将电机的转子直接作为机床的主轴，主轴单元的壳体就是电机座，并配合其他安全保障措施，实现电机与机床主轴的一体化。电主轴结构的基本构成如图1所示，它通常由电主轴单元、轴承及其润滑单元、主轴冷却单元以及动平衡单元组成。
图1 电主轴结构的基本构成
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．典型结构
图2为内装式电主轴结构。电动机的转子与机床的主轴间是靠过盈套筒的过盈配合实现扭矩传递的，其过盈量是按所传递扭矩的大小计算出来的。在主轴上取消了一切形式的键连接和螺纹连接，便于使主轴运转部分达到精确的动平衡。由于转子内孔与主轴配合面之间有
很大的过盈量，因此，在装配时必须先在油浴中将转子加热到200℃左右，然后迅速进行热压装配。电动机的定子通过一个冷却套固装在电主轴的壳体中。电主轴的过盈套筒直径在33～250mm之间有十几个规格，最高转速可达180000r/min，功率可达70kW。
(a)电动机置于主轴前后两辆承之间；(b)电动机置于后轴承之后
图2 内装式电主轴结构
根据电动机和主轴轴承相对位置的不同，电主轴的布局有两种方式：
（1）电动机置于主轴前后两轴承之间（如图2（a）所示）。此种布局的优点是：电主轴单元的轴向尺寸较小，主轴刚度高、出力大，适用于大中型加工中心。大多数加工中心采用此种结构的布局方式。
（2）电动机置于后轴承之后（如图2（b）所示）。此时主轴箱与电动机作轴向同轴布置（也可用联轴节）。其优点是：前端的径向尺寸可减小，电动机的散热条件较好。但整个电主轴单元的轴向尺寸较大，与主轴的同轴度不易调整。这种布局方式常用于小型高速数控机床，尤其适用于加工模具型腔的高速精密机床。
前后轴承间的跨距及主轴前端的伸出量，均应按静刚度和动刚度的要求来计算。
另一种类型的电主轴结构采用内埋式永磁同步电动机，如图4所示。主轴部件由高速精密陶瓷轴承支撑于电主轴的外壳中，外壳中还安装有电动机的定子铁芯和三相定子绕组。为了有效地散热，在外壳体内设置有冷却管路。主轴系统工作时，由冷却泵打入冷却液带走主轴单元内的热量，以保证电主轴的正常工作。主轴为空心结构，其内部和顶端安装有刀具的拉紧和松开机构，以实现刀具的自动换刀。主轴外套内有电动机转子，主轴端部还装有激光角位移传感器，以实现对主轴旋转位置的闭环控制，保证在自动换刀时能实现主轴的准停和螺纹加工时C轴与Z轴的准确联动。
图3 内埋式永磁同步电动机电主轴结构