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。主要应用于木材、铝材、石材、五金、玻璃、PVC等行业。主轴电机具有转速高、体积小、重量轻、材料消耗少、噪音低、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，再加上其做工细致、速度快、电机加工质量高，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重要作用。该技术应用于电力、导弹、航空等行业。由于工业技术要求高，需要高质量、高技术含量、高精度的主轴电机。电机转矩大、噪音低、转速稳定、频率高、调速、空载电流小、发热慢、散热快、使用方便、寿命长。

电主轴的工作原理:

高速电主轴电机绕组的相位差为120°。施加三相交流电后，各三相绕组形成正弦交变磁场。磁场沿一定方向匀速旋转，磁场转速即为电主轴的同步转速。异步电动机的同步转速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机定子绕组的电流的频率和激励电压来获得各种转速。在加速和制动过程中，通过改变频率进行加速和减速，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定子的三相交流电的相序，因此改变电主轴输入电流的相序可以改变电主轴的旋转方向。

电主轴的相关结构与功能

电主轴是近年来在数控机床领域发展起来的一种将机床主轴与主轴电机相结合的新技术。它将与直线电机技术、高速刀具技术共同推动高速加工进入新时代。电主轴是一套部件，包括电主轴本身及其附件:电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀器。电主轴本身直接将空心电机转子安装在主轴上，定子通过冷却套固定在主轴箱的孔内，形成一个完整的轴单元。上电后，转子直接带动主轴运转。

• 与电主轴集成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数倍。有时也使用电磁悬挂轴承或静压轴承，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，电主轴可以看作是高速电机。其关键技术是高速动平衡。
• 润滑:电主轴的润滑一般采用常规定量油气润滑，也可采用油脂润滑，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用量。油气润滑是指在压缩空气的携带下，将润滑油吹入陶瓷轴承。油量控制很重要。如果它太小，它将无法润滑。如果太大，当轴承高速旋转时，由于油的阻力，它会升温。
• 冷却装置:为了使高速电主轴尽快散热，通常在电主轴的外壁上传递循环冷却液。冷却装置的作用是维持冷却液的温度。
• 内置脉冲编码器:为了实现自动换刀和刚性攻丝，电主轴内置脉冲编码器，实现精确的相角控制和与进给的协调。
• 自动换刀:适用于加工中心，电主轴配有自动换刀装置，包括碟形弹簧、拉刀气缸等。
• 高速刀具的安装方式:主要采用HSK、SKI等高速刀具。
• 高频变频装置:实现电主轴每分钟几万甚至几十万转的转速。驱动电主轴的内置高速电机必须采用高频变频装置，变频器的输出频率必须达到几千或几千赫兹。

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:要求伺服电机的速度降和刚度小。
   • 对快速响应的要求:这在轮廓加工中要求更为严格，特别是对于大曲率物体的高速加工。
   • 调速范围:可使数控机床适用于各种刀具和加工材料。适用于各种加工工艺。
   • 要求有一定的输出扭矩和一定的过载扭矩:机床的机械负载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:
   • 输出功率充足时，数控机床主轴的负载性质类似于恒功率。机床电主轴转速高时，输出转矩小。主轴转速较低时，输出转矩较大。要求轴传动具有恒功率的特性。
   • 调速范围:保证数控机床适用于各种刀具和加工材料。适用于各种加工工艺，要求主轴电机具有一定的调速范围。但对主轴的要求比进给的要求低。
   • 转速精度:一般要求静差小于5%，高要求小于1%。
   • 快:主轴传动有时用于定位功能，这就要求它速度快。
2. 伺服电机和主轴电机的输出指标不同:
   伺服电机以转矩(N.m)为指标，主轴以功率(kW)为指标。伺服电机驱动机床的工作台，工作台的负载阻尼是转矩转换到电机轴上，因此伺服电机以转矩(N.m)为指标。主轴电机驱动机床的主轴，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，两个指标可以相互计算。