高速主轴系统：电主轴单元

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随着车削技术的不断发展以及刀具新材料的不断涌现，机床转速的大幅提高才有了可能。但常规的皮带和齿轮传动不可能把电机所产生的扭矩和高转速传给主轴，因此高速主轴不能采用这种间接传动的方式，而必须采用把电机和主轴集成在一起的方式，即电主轴单元，或称为内装式电机主轴。

　　 电主轴单元作为一种结构紧凑的整体功能部件，通常由专业厂家生产，机床制造商根据自己的需求选配。双强主轴单元表示电主轴单元的电机转子与主轴合为一体。位于前后轴承之间，相对应的电机定子则置于作为外壳的套筒内。在电机定子和前轴承处可见到冷却水套，用以通入含防锈剂的恒温冷却水进行强制冷却。由于包含有电机在内，必须用强制冷却才能保持整个单元的低温升和温度恒定。这种电机和主轴组合为一体的附加优点是其旋转质量具有’‘飞轮效应”。这样，用作切削的实际功率要比主轴电机产生的功率大，而且能得到超过理论值的效果。电主轴单元的回转精度通常都较高，径向跳动小于1υm或2υm，轴向窜动小于1υm，转速可达 10000r/min，启动时间却在2-3s之间。

　　电主轴可以实现很高的转速，完全可以满足高速切削的要求。但机床主轴系统的性能，在很大程度上又取决于主轴轴承性能的好坏。高速高精度机床主轴使用的轴承，除了需要高的精度.足够的刚度和一定地承载能力外，更重要的是必须适于高速运行。在最常用的滚动轴承中，角接触球轴承比较适于高速运行。双强主轴单元表示作用于角接触球轴承的球的离心力FC与陀螺力矩MG，随转速的提高而急剧提高，从而使轴承的摩擦加剧，温升增高，精度下降和寿命缩短，因此，必须千方百计减少离心力与陀螺力矩的增长.才能适用于更高的转速。从角接触球轴承的离心力FC与陀螺力矩 MG的计算公式可知：减少球材料的密度，球的直径和球的接触角都可以抑制离心力FC与陀螺力矩MG的增长，因而，现在高速高精度机床主轴多使用接触角为 15°的小球径轴承。而球径的减少是有限度的，显然这就还需要进一步寻找更轻质的球体材料，所以，又在15°接触角和小球径的基础上推出了球的材料为陶瓷的所谓陶瓷球轴承。