齊男

　　摘　要（yào）：數控機床的電主軸是數（shù）控機（jī）床技術的發展核心，隨著我國工業化發展（zhǎn）進程的加快和數控機床的普（pǔ）及（jí），社會需求也越來越（yuè）來大，近年來，數控機床的（de）主軸開始向著（zhe）高精度、高剛度和高速度（dù）發（fā）展，為了滿足（zú）這一發展趨勢，電主軸技術應運而生，我國的電主軸技術和國外相比還（hái）存在很多不同之處（chù）。本文主要探（tàn）討了電主軸的結構和工作（zuò）原理，並闡述了國內外（wài）電主軸的發展趨（qū）勢，同時將電主軸應用過程中可能使用的幾種電機進行了分析，希望能夠（gòu）為（wéi）我國的數控機床（chuáng）電主（zhǔ）軸的發展創新提供借鑒。
　　關鍵詞：數控機床；電主軸；發展研究

　　數控機床的使用是為了（le）提高機械製造業的生產率和生產（chǎn）質量，數控機床能夠集（jí）高精度、高效（xiào）和高柔性（xìng）為一體，增（zēng）強機（jī）械加工的精度和速（sù）度，數控機床的優勢使其越來越得到機械生產企業的重視，數控機床的高速數控機床的應用（yòng），顧名思義是為了提高加工的速度而（ér）創造的。其運行過（guò）程中（zhōng）需要高速主軸作為支撐，其適用性能能夠直接決（jué）定（dìng）機床的加工速（sù）度和加工性能，其適用要求具有非常寬的恒功（gōng）率運行範圍和連續輸出（chū）的高轉矩能力，這（zhè）是電主軸的主要（yào）應用特性，現已被廣泛應用。
　　1　電主軸的結構和工作原理
　　電主軸是將主軸電動機和數控機床的（de）主軸就進行結合形成的（de），主要的結合方式是通過交流（liú）高頻（pín）電動機實現的，也被稱為高頻主軸，主要的工作原理是將電動機安裝在主軸的內部進行驅動的，實現機電一體化的工作原理（lǐ）。和傳統（tǒng）的數控機床主軸相比，電主軸能夠直接進行電動機的內（nèi）裝（zhuāng）來（lái）實現驅（qū）動，減少了工作流程，並且（qiě）其結構緊湊、噪聲小、機械（xiè）的工作（zuò）效率高、精度高、振動的（de）幅度也比（bǐ）較（jiào）小，更適合當前的（de）數控（kòng）機（jī）床工作要求。電主軸的工作主要是通過（guò）矢量控製和交流的（de）變頻調速來（lái）實現的，其實處的（de）功率較大，功率的轉（zhuǎn）矩特性也比較好，調（diào）整的範圍也更大，電主軸的結構簡單，移（yí）動產生的慣量也（yě）比較小，能夠實現加速度和高速（sù）的的（de）準停。電主（zhǔ）軸（zhóu）相對於普通（tōng）的機床主軸來說能夠更好的實現數控機床的高速化，具有極強的動態性和穩定性，電主軸應用的傳動環節不存在（zài）外力的作用，這能夠加強主軸運行的穩定性，延長主軸的使用壽命。
　　2　電主軸技術的發（fā）展趨勢
　　Z早的電主軸產生在機械製造的（de）磨床上，因其優秀的實用性能逐漸發展到了加工製造的過程中，隨著多年的發（fā）展和研究（jiū），電主軸（zhóu）的使用功率和品質都得到了很大的提升，國外的電（diàn）主軸應用技術的研發時間（jiān）更長，電主（zhǔ）軸的主要單元發展也比較快，技術的水平一直處於領（lǐng）先水（shuǐ）平。隨著世界信息（xī）化發展進（jìn）程的加快，數字化和（hé）變頻技術得到了飛速的（de）發展，並且形成了標準的（de）機（jī）械生產線，高轉速的電（diàn）動主軸也開始在機（jī）床發（fā）展和機（jī）械製造（zào）的過程中得到了廣泛的（de）應用，並且國外的發展重心放在了功率、扭矩和（hé）調速範（fàn）圍，用來實現快（kuài）速的啟動、精準（zhǔn）的定位和自動化對刀的高標準主軸單元製作。很多西方發達國家的數（shù）控機床電主軸發展水平，代表了（le）世界的發展水平，其（qí）電主軸具有功率大（dà）、轉速高、高剛度軸承、加工（gōng）精密（mì）的工藝水平。
　　3　電（diàn）主軸的常用電（diàn）機
　　（1）異步（bù）主軸電機。異步（bù）主軸電機（jī）是（shì）現在我（wǒ）國普通機床運行過程中普遍使（shǐ）用的主（zhǔ）軸驅動，但異步調（diào）速的主軸電機（jī）在使用過程中存（cún）在著效率低、體積大、轉矩（jǔ）密度小、功率因數低等問題，除此（cǐ）之外，異（yì）步（bù）電機在進行低速（sù）下轉的過程中容易產生（shēng）轉矩脈動，這種情況（kuàng）下會導（dǎo）致機床的下溫（wēn）升高，並且其進行控製時的運算量非常（cháng）龐大。但這一問題（tí）因為控製器的創新（xīn）和發展，運（yùn）算速（sù）度已經得到了顯著的提升，這使異步電機的低速性得到了解決，異（yì）步主軸電機實現控製的方法主要有直接轉矩控製和矢（shǐ）量控製兩種，兩種控製方式經（jīng）實驗證明，都能夠達到運行控製的效果，並且已經在機械製造過程（chéng）中得到了應用。
　　（2）永（yǒng）磁同步（bù）電機。永磁同步電機在使（shǐ）用過程中具有轉子（zǐ）溫升（shēng）低的優勢，在低限速度的影響下，能夠自行作恒轉矩運行，並且轉矩的密度越高，轉動的慣量越小，動態的響應特性越好，跟現有的交流異步電動（dòng）機相比，具有工作中（zhōng）的轉子不（bú）發熱、功率密（mì）度升高能夠縮小電主軸的徑向尺寸、轉子的轉速能夠（gòu）與電源的（de）頻率相同步，還能夠使用矢量控製的控製方式。但永磁同步電機的同步轉速有著需要遵守的標（biāo）準值，這就對永磁同步電機的弱磁調速功能有了更高的適應能力，在（zài）弱磁的控製區間內，電（diàn）壓通常處在極限（xiàn）值，很（hěn）容易出現超出的情況，對轉矩產生較大的影響，這也是永磁同步電機的缺陷，並且該電機的製造成本也（yě）非常高（gāo），這對將經濟（jì）效益作為主要考慮點的企業發（fā）展形式來說（shuō）並不適用。
　　（3）其他形式的電機（jī）。數控機床在工作過程（chéng）中，會使用到很多（duō）類型（xíng）的電機，比（bǐ）如開（kāi）關磁阻電機（jī）、同步磁阻電（diàn）機（jī）等。如果使用開關磁阻電機來做主軸，數控機床（chuáng）的係統運行效率和（hé）輸出功（gōng）率會得到很大的提升，開關磁阻（zǔ）的調速主軸會一直處在（zài）在規定的（de）範圍內，這就使整體工作效率得到了很大的提高，這一優勢在進行低轉速時能夠更加明顯。開關磁阻電機的溫度低，轉子無繞組（zǔ），在進行該電機的使用（yòng）過程中，熱耗的很大一部分都在定子上，很（hěn）容易出現冷卻，但使用時也會出現轉矩脈動大、電機和控製器的成本高，構造複雜，維修困（kùn）難（nán）等問題。同步磁阻電機的發展（zhǎn）速度比較（jiào）快，他的運行特征和普通的（de）交流電子的定子比較相似，主要的構造材料是高導磁材料和絕緣材料，其運用能夠增（zēng）加（jiā）機床的主軸驅動性（xìng）價比，其（qí）造價低、性能優秀、容易控製、調速範圍廣，並且具有比較簡單的運（yùn）算算法。
　　電（diàn）主軸（zhóu）的電機選擇是多種多樣的，在實（shí）際應用過程中要結合使（shǐ）用環境進行Z優選擇。
　　4　總結
　　在我國的數控機床工作過程中，電主軸（zhóu）具有重量輕、結構緊湊和慣性小、動態性強的特征，能夠在使用時保證（zhèng）機床的平（píng）衡，減少振動情況的發生（shēng）、避免（miǎn）出現噪音和（hé）汙染，主要被應用到了高速的切削機床上。電主軸的（de）出（chū）現使高速的製造加工成為了現實，並且開始逐漸的取代傳統的機床係統，電機的不同電主軸的驅動也會含有不同的優勢，具體的應用情況是（shì）由加（jiā）工對象來決定的，這就需要進行電機的選擇時格外的（de）注意，當前我國（guó）的數控機床發展趨勢，使異（yì）步交流感應電機成為了主要的電主軸（zhóu）應用機型（xíng）。
　　參考文獻：
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　　[3]單剛，單文桃，芮曉倩（qiàn）.電主軸關鍵技術研究綜述[J].數碼設計，2017，6（06）：103-105+111.

來源：（山東工業技術）2018年9期（qī）