主軸是產(chǎn)生主切削運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源，主軸不僅要在高速旋轉(zhuǎn)的情況下承載切削時(shí)傳遞的主軸電機(jī)的動(dòng)力，而且還要保持非常高的精度。主軸是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件，主軸的技術(shù)指標(biāo)也決定了機(jī)床的技術(shù)水平。主軸在結(jié)構(gòu)上可分為機(jī)械主軸和電主軸。機(jī)械主軸由刀具的裝夾機(jī)構(gòu)、軸承、主軸冷卻系統(tǒng)以及配套的主軸電機(jī)、測(cè)量部件及驅(qū)動(dòng)裝置等構(gòu)成。有的主軸還配備了液壓或氣動(dòng)的換擋機(jī)構(gòu)。電主軸的特點(diǎn)是主軸電機(jī)被集成到主軸的機(jī)械部件中，構(gòu)成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)的主軸系統(tǒng)。用于電主軸的主軸電機(jī)供貨商一般只提供主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子，由機(jī)床制造廠根據(jù)其主軸的機(jī)械結(jié)構(gòu)將轉(zhuǎn)子和定子以及松刀機(jī)構(gòu)集成到主軸中，構(gòu)成一個(gè)完整的電主軸。也有一些數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床廠商可提供完整的電主軸產(chǎn)品，比如德國(guó)WEIS公司的電主軸系列可直接用于車(chē)床和銑床。圖3 13所示為某電主軸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。采用電主軸，可縮短機(jī)床傳動(dòng)鏈，提高機(jī)床的性能。 G7/?hky 0.
本節(jié)只描述用于機(jī)械主軸的主軸電機(jī)，介紹主軸電機(jī)的性能和正確設(shè)計(jì)及使用方法，以避免主軸電機(jī)在機(jī)床的使用過(guò)程中出現(xiàn)故障。 +}(B856+
(1)主軸電機(jī)的特性 J++sTQ(!?
在描述主軸特性的參數(shù)中，有一個(gè)重要的數(shù)據(jù)--額定轉(zhuǎn)速。圖3 14所示為某一型號(hào)3.5 kW主軸電機(jī)的特性曲線。在特性曲線圖中可以看出，當(dāng)主軸的轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，主軸工作在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)；當(dāng)主軸的轉(zhuǎn)速大于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，主軸工作在恒功率區(qū)。主軸的額定轉(zhuǎn)速越低，表示主軸進(jìn)入恒功率區(qū)的速度越慢。 (2)主軸的工作點(diǎn) O&?CoA?
在機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)數(shù)控沖床切削的指標(biāo)定義機(jī)床的技術(shù)指標(biāo)。其中，主軸的輸出功率和主軸的調(diào)速范圍為關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)。比如，主軸的輸出功率為3.5 kW，調(diào)速范圍為1 500---8000 r/min。 D25gg
從圖3-14所示的某主軸電機(jī)的特性曲線可以看出，主軸與主軸電機(jī)之間采用1:1的直蔗方式，即可實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)指標(biāo)。雖然主軸電機(jī)的速度可以在零速到標(biāo)定的最大速度之間連嬖變化，但在額定輸出功率下的調(diào)速范圍為額定轉(zhuǎn)速到最大轉(zhuǎn)速。當(dāng)主軸在低于額定轉(zhuǎn)速下工作時(shí)，主軸的輸出功率不能達(dá)到主軸電機(jī)的額定功率。即使在低于額定轉(zhuǎn)速的工作區(qū)，主軸電機(jī)仍可以在過(guò)載的狀態(tài)下運(yùn)行，輸出更高的功率，甚至輸出功率可高于額定功率，但在 過(guò)載的狀態(tài)下主軸是不能長(zhǎng)時(shí)問(wèn)工作的。 W kDn
因此，在數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)階段，必須明確主軸的輸出功率和調(diào)速范圍等技術(shù)指標(biāo)，否則用戶在切削時(shí)可能出現(xiàn)由于主軸輸出功率不夠造成的主軸“悶車(chē)”，從而不能完成用戶加工程序中所要求的切削用量。以主軸與主軸電機(jī)Il直連的機(jī)床為例，如果加工工藝要求主軸在500r/min時(shí)進(jìn)行切削，根據(jù)主軸電機(jī)的特性曲線可知，此時(shí)主軸的實(shí)際輸出功率只有額定功率的1/3。如果用戶需要機(jī)床主軸在500 r/min下能夠產(chǎn)生3.5 kW的輸出功率，根據(jù)該主軸電機(jī)的特性曲線，可確定在該轉(zhuǎn)速下主軸電機(jī)不能產(chǎn)生所需要的功率，這時(shí)就需要考慮更改機(jī)床的設(shè)計(jì)=方案之一是主軸的機(jī)械結(jié)構(gòu)不變，主軸與主軸電機(jī)之間仍然采用1:1直連方式，而選擇另一型號(hào)的主軸電機(jī)，使其在500 r/min下可以產(chǎn)生大于等于3 5 kW的輸出功率。方案之二是改變主軸的機(jī)械結(jié)構(gòu)，增加主軸的減速機(jī)構(gòu)。如采用3 1的減速器，主軸電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在1 500 r/min時(shí)就可以輸出3.5 kW的功率，但是減速器會(huì)影響主軸的最高速度。如果主軸電機(jī)的最高轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為9 COO r/min，增加3：1的減速器后，主軸的最高轉(zhuǎn)速只能達(dá)到3 000 r/min．這時(shí)主軸的調(diào)速范圍就變?yōu)?00 --3 000 r/min。還有一種方案是采用主軸換擋機(jī)構(gòu)，需要低速加工時(shí)，采用3:1擋，而需要高速加工時(shí)。采取I:1擋。這樣不僅能滿足低速狀態(tài)下可以產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)矩，而且可以保證主軸的調(diào)速范圍。
