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數控機床一般采用直流或交流主軸伺服電動機實現主軸無級變速。交流主軸電動機及交流變頻驅動裝置(籠型感應交流電動機配置矢量變換變頻調速系統),由于沒有電刷,不產生火花,所以使用壽命長,且性能已達到直流驅動系統的水平,甚至在噪聲方面還有所降低。因此,目前應用較為廣泛。主軸傳遞的功率或轉矩與轉速之間的關系。當機床處在連續(xù)運轉狀態(tài)下,主軸的轉速在437~3500r/min范圍內,主軸傳遞電動機的全部功率11kW,為主軸的恒功率區(qū)域Ⅱ(實線)。高頻變頻裝置:要實現電主軸每分鐘幾萬甚至十幾萬轉的轉速,必須用一高頻變頻裝置來驅動電主軸的內置高速電動機,變頻器的輸出頻率必須達到上千或幾千赫茲。在這個區(qū)域內,主軸的大輸出扭矩(245N.m)隨著主軸轉速的提高而變小。主軸轉速在35~437r/min范圍內,主軸的輸出轉矩不變,稱為主軸的恒轉矩區(qū)域Ⅰ(實線)。在這個區(qū)域內,主軸所能傳遞的功率隨著主軸轉速的降低而減小。圖中虛線所示為電動機超載(允許超載30min)時,恒功率區(qū)域和恒轉矩區(qū)域。電動機的超載功率為15kW,超載的大輸出轉矩為334N.m。
滾動體的形狀誤差和尺寸的不一致會造成主軸的純徑向跳動。當直徑較大的滾動體位于左邊時,會使內圈右移,即主軸位置右移:相反,當直徑較大的滾動體位于右邊時,會使內圈位置左移,即主軸位置左移。由于滾動體保持架的轉速低于內圈的轉速,因此,它所引起的純徑向跳動頻率較低。采用機械齒輪減速,增大了輸出扭矩,并利用齒輪換擋擴大了調速范圍。滾動軸承的間隙對主軸的純徑向跳動也是有影響的。設軸承的承載區(qū)在右邊,這時內圈右移,當一個滾動體位于水平位置時,內圈的右移量比滾動體不在水平位置時的要小,使主軸產生純徑向跳動,這種純徑向跳動的頻率比內圈的轉速要高得多。
高速電主軸是高速機床的核心部件,電主軸單元各零件的精度通常為μm級,如跳動一般為1~3μm,主軸剛度一般為100-300N/μm,因此,電主軸各零件自身的精度誤差和變形量很小。然而,高速運轉時,軸承發(fā)熱量很大,導致軸承溫升很高,并引起熱變形。④油氣潤滑系統的含油量:采用油氣潤滑時影響軸承溫升的因素之一是供油量。熱變形引起的誤差遠大于精度誤差和變形量。而且,熱變形直接改變了軸承的預緊狀況,影響軸承的剛度特性和電主軸的加工精度,嚴重時,甚至導致軸承的熱咬合,使電主軸毀壞。