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電主軸在設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程中會(huì)遇到很多的技術(shù)性問題，其中要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題主要有：內(nèi)置電機(jī)的散熱問題；高速軸承的類型選擇及潤(rùn)滑技術(shù)；主軸回轉(zhuǎn)組件的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)；主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊的選擇；主軸端部與刀柄的接口技術(shù)等。
內(nèi)置電機(jī)散熱問題是電主軸特有的技術(shù)難題，處理不好會(huì)造成主軸過高的溫升，影響機(jī)床工作的可靠性和所能達(dá)到的最高主軸轉(zhuǎn)速。目前解決這個(gè)問題有兩條路徑：（1）對(duì)于交流感應(yīng)式電機(jī)，可以在電機(jī)定子外面加裝一個(gè)鋁制圓環(huán)，圓環(huán)外表面有螺栓槽。工作時(shí)，可將循環(huán)冷卻液（油或水）通入該螺旋槽中，從而把電機(jī)定子產(chǎn)生的熱量帶走。但轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的熱量（約占電機(jī)總熱量的1/3）很難全部帶走；（2）采用交流永磁式主電機(jī)，這種電機(jī)的轉(zhuǎn)子用包含稀土元素的永久磁鐵制成，轉(zhuǎn)子不發(fā)熱，從而可大大改善電主軸的發(fā)熱特性，可用風(fēng)冷代替上述液冷裝置，而且結(jié)構(gòu)緊湊、扭矩大，可擴(kuò)大空心主軸的內(nèi)孔直徑，當(dāng)用于臥式數(shù)控車床主軸或車銑中心主軸時(shí)，還可以提高棒料的通過能力。
電主軸是一種超高速運(yùn)轉(zhuǎn)部件，結(jié)構(gòu)上微小的不平衡量，在高速下都會(huì)產(chǎn)生巨大的離心力，造成機(jī)床的振動(dòng)，影響加工精度和表面質(zhì)量。因而電遵循主軸設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格對(duì)稱設(shè)計(jì)原則，鍵連接和螺紋連接在這里被禁止使用。轉(zhuǎn)子和主軸之間用過盈配合實(shí)現(xiàn)扭矩的傳遞，主軸、主軸上的零件和主軸箱都必須經(jīng)過十分精密的加工、裝配和調(diào)校，使主軸組件的動(dòng)平穩(wěn)度達(dá)到G0.4級(jí)以上的水平。
圖2 扭矩-功率特性
這種無(wú)外殼主軸電機(jī)有兩種驅(qū)動(dòng)和控制方式：變頻器控制和矢量控制。其扭矩、功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如圖2所示。對(duì)于普通變頻器（圖2a），其控制特性為恒扭矩驅(qū)動(dòng)，輸出功率與轉(zhuǎn)速成正比，這種驅(qū)動(dòng)器在低速時(shí)不夠穩(wěn)定，不能滿足低速大扭矩（粗加工）的要求，也不具備主軸準(zhǔn)停和C軸控制功能，但價(jià)格便宜，一般用于磨床、小孔鉆床、雕刻銑和普通的高速銑床等。矢量控制驅(qū)動(dòng)器的控制特性如圖2b所示。其控制特性是：低速段為恒扭矩驅(qū)動(dòng)，中高速段為恒功率控制。這種驅(qū)動(dòng)器在0轉(zhuǎn)速時(shí)仍有很大的扭矩，再加上電主軸的慣性很小，因此可實(shí)現(xiàn)主軸啟動(dòng)時(shí)瞬間（1~2秒）達(dá)到最高速。這種驅(qū)動(dòng)器用角度傳感器實(shí)現(xiàn)位置和速度的反饋，進(jìn)行閉環(huán)控制，可實(shí)現(xiàn)主軸準(zhǔn)停和C軸控制。這種驅(qū)動(dòng)器一般用于高速加工中心和車削中心。
在高速加工中還需要注意一個(gè)特殊問題就是電主軸與刀具的聯(lián)接。一般通過刀柄作為機(jī)床主軸與刀具的接口。不正確的接口結(jié)構(gòu)，會(huì)影響機(jī)床主軸的動(dòng)平衡和高速切削的可靠性。標(biāo)準(zhǔn)的7/24的錐形聯(lián)接有許多優(yōu)點(diǎn)：因不自鎖，可實(shí)現(xiàn)刀具的快速裝卸，這點(diǎn)對(duì)加工中心尤為重要；刀柄的椎體在拉桿軸向拉力作用下緊緊地與主軸的內(nèi)錐孔接觸，可以減少刀具的懸伸量。此外它只有一個(gè)尺寸（錐角）需要加工，所以成本較低，目前應(yīng)用非常廣泛。但是7/24錐形聯(lián)接在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)有一個(gè)致命的缺點(diǎn)：主軸空心錐孔端部的擴(kuò)張量大于實(shí)心刀柄的擴(kuò)張量，造成刀具的軸向變位和徑向振擺，更嚴(yán)重的是影響了高速加工的可靠性與安全。在高速電主軸與刀具接口的研究中，目前較成功的是德國(guó)的HSK型刀柄和美國(guó)的KM型刀柄，他們都摒棄了原有的7/24標(biāo)準(zhǔn)錐度。其中以HSK刀柄更為流行，并已納入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。HSK空心刀柄由1/10短錐面（徑向）和法蘭端面共同實(shí)現(xiàn)與電主軸的軸向定位和剛性連接，較好地解決了7/24錐柄刀具存在的上述問題。
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