什么是主轴电机及其工作原理和结构?

什么是主轴电机?

主轴电机又称高速电机，是指转速在10000转/分以上的交流电机。主要用于木材、铝材、石材、五金、玻璃、PVC等行业。主轴电机具有高速、体积小、重量轻、耗材低、噪声低、振动小等优点，越来越受到相关行业的重视和应用。由于主轴电机应用广泛，加上其做工精细、速度快、加工质量高的电机，其他普通电机无法满足主轴电机的技术要求，在工业生产过程中发挥着重要作用。该技术用于电力、导弹、航空等行业。由于行业的技术要求很高，要求高质量、高技术、高精度的主轴电机。电机转矩大、噪音低、转速稳定、频率高、可调速、空载电流小、发热慢、散热快、使用方便、寿命长。

电主轴工作原理:

高速电主轴电机绕组的相位相差120°。在施加三相交流电后，各三相绕组形成一个正弦的交流磁场。磁场沿一定方向以恒定速度旋转，磁场转速是电主轴的同步转速。异步电机的同步速度n由输入电机定子绕组电流的频率f和电机定子的极对数P (n=60f/ P)决定。电主轴是通过改变输入电流的频率和励磁电压到电机定子绕组来获得各种转速的。在加速和制动过程中，通过改变频率来进行加速和减速，以避免电机温升过高。由于电机旋转磁场的方向取决于输入到定子的三相交流电流的相序，因此改变电主轴输入电流的相序就可以改变电主轴的旋转方向。

电主轴的相关结构和功能:

电主轴是近年来在数控机床领域中将机床主轴与主轴电机相结合的一种新技术。配合直线电机技术和高速刀具技术，将高速加工推向一个新时代。电主轴是一组组件，包括电主轴本身及其附件:电主轴、高频转换装置、油雾注油器、冷却装置、内置编码器、换刀器。电主轴本身将中空电机转子直接安装在主轴上，定子通过冷却套固定在主轴箱孔内，形成完整的轴单元。通电后，转子直接带动主轴运转。

• 与电主轴相结合的技术是高速轴承技术:电主轴通常采用复合陶瓷轴承，耐磨、耐热，使用寿命是传统轴承的几倍。有时也使用电磁悬浮轴承或静压轴承，内外圈不接触，理论寿命无限。
• 高速电机技术:电主轴是电机与主轴融合的产物。电机的转子是主轴的旋转部分。从理论上讲，电主轴可以看作是一个高速电机。关键技术是高速动平衡。
• 润滑:电主轴的润滑一般采用定期定量的油气润滑，也可采用润滑脂润滑，但相应的转速会降低。所谓定时，就是每隔一定的时间间隔注入一次油。所谓定量，就是通过一种叫做定量阀的装置，精确地控制每次润滑油的量。油气润滑是指润滑油在压缩空气的携带下吹入陶瓷轴承。油量控制很重要。如果太小，就不能润滑。如果太大，当轴承高速旋转时，它会由于油的阻力而升温。
• 冷却装置:为使高速电主轴尽快散热，通常在电主轴外壁通入循环冷却液。冷却装置的作用是保持冷却剂的温度。
• 内置脉冲编码器:电主轴内置脉冲编码器，实现自动换刀和刚性攻丝，实现精确的相角控制和与进给的协调。
• 自动换刀器:用于加工中心，电主轴配有自动换刀器，包括盘簧、拉刀油缸等。
• 高速工具的安装方式:主要采用HSK、SKI等高速工具。
• 高频变频装置:实现电主轴每分钟几万转甚至几十万转的转速。电主轴内置高速电机必须采用高频变频装置驱动，变频器的输出频率必须达到千赫兹或千赫兹。

伺服电机与主轴电机的区别:

1. 数控机床对主轴电机和伺服电机有不同的要求:
   对进给伺服电机的要求是:
   • 机械特性:要求伺服电机的转速降和刚度小。
   • 对快速响应的要求:这在轮廓加工中要求更严格，特别是对于大曲率物体的高速加工。
   • 调速范围:这可以使数控机床适合各种刀具和加工材料。适用于各种加工工艺。
   • 需要一定的输出转矩和一定的过载转矩:机床机械负荷的性质主要是克服工作台的摩擦和切削阻力，所以是恒转矩的性质。
   高速电主轴的要求是:
   • 输出功率充足，数控机床主轴的负载性质类似于恒功率。当机床电主轴转速较高时，输出扭矩较小。主轴转速低时，输出扭矩大。轴传动要求具有恒定功率的特性。
   • 调速范围:保证数控机床适合各种刀具和加工材料。适用于各种加工工艺，要求主轴电机有一定的调速范围。但对主轴的要求比进给量低。
   • 速度精度:静差一般要求小于5%，较高要求小于1%。
   • 速度快:定位功能有时使用主轴传动，要求速度快。
2. 伺服电机和主轴电机的输出指标不同:
   伺服电机扭矩为N.m，主轴功率为kW。伺服电机驱动机床工作台，工作台的负载阻尼就是转矩转化到电机轴上，因此伺服电机以转矩(N.m)为指标。主轴电机驱动机床主轴，其负载必须满足机床的功率，因此主轴电机以功率(kW)为指标。但通过力学公式的转换，可以相互计算这两个指标。