數(shù)控沖床高速主軸單元是高速切削數(shù)控沖床最重要的部件，也是實(shí)現(xiàn)高速和超高速加工的最關(guān)鍵技術(shù)之一。要求動(dòng)平衡性高，剛性好，回轉(zhuǎn)精度高，有良好的熱穩(wěn)定性，能傳遞足夠的力矩和功率，能承受高的離心力，帶有準(zhǔn)確的測(cè)淚裝置和高效的冷卻裝置。
高速主軸單元的類型主要有電主軸和氣動(dòng)主軸，氣動(dòng)主軸目前的研究主要是應(yīng)用于精密加工，功率較小，其最高轉(zhuǎn)速達(dá)150000r/min，輸出功率僅為30W左右。
高速電主軸的結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
高速電主軸是高速數(shù)控沖床的核心部件，它將數(shù)控沖床主軸與電機(jī)軸合二為一，即將主軸電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子直接裝入主軸組件的內(nèi)部，也被稱為內(nèi)裝式電主軸(built-in motor spindle)。其間不再使用皮帶或齒輪傳動(dòng)副，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控沖床主軸系統(tǒng)的“零傳動(dòng)”。具有結(jié)構(gòu)緊湊、重輕、慣性小、動(dòng)態(tài)特性好等優(yōu)點(diǎn)，并改善了數(shù)控沖床的動(dòng)平衡，避免振動(dòng)和噪聲，在超高速數(shù)控沖床中得到了廣泛的應(yīng)用。目前電主軸更大轉(zhuǎn)速可達(dá)200000r/ min，直徑范圍33-300mm，功率施圍125W-80kW，扭矩范圍O. 02-300N • m。圖8-2所示為高速加工用的電主軸示意圖。
電主軸取消了傳統(tǒng)的皮帶及齒輪傳動(dòng)，采用內(nèi)裝式VAC交流變頻寬速電機(jī)和主軸聯(lián)為
一體的直接驅(qū)動(dòng)，即所謂的“零傳動(dòng)”可以實(shí)現(xiàn)更高的速度、精度、效率結(jié)構(gòu)緊湊、重輕、慣性小、振動(dòng)小、噪聲低、響應(yīng)快，易于實(shí)現(xiàn)主軸定位，是高速主軸的理想結(jié)構(gòu)。圖8-3所示的電主軸結(jié)構(gòu)是將電機(jī)的轉(zhuǎn)子直接作為數(shù)控沖床的主軸，主軸單元的殼體就是電機(jī)座， 并配合其他安全保障措施，實(shí)現(xiàn)電機(jī)與數(shù)控沖床主軸的一體化。電主軸結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)成如，它通常由電主軸單元、軸承及其潤(rùn)滑單元、主軸冷卻單元以及動(dòng)平衡單元組成。
與傳統(tǒng)數(shù)控沖床主軸相比，電主軸具有如下特點(diǎn)：
(1)主軸由內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，省去了中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)械效率高、噪聲低、振動(dòng)小和精度高等特點(diǎn)；
(2)采用交流變頻調(diào)速和矢量控制，輸出功率大，調(diào)整范圍寬，功率轉(zhuǎn)矩特性好；
(3)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，可實(shí)現(xiàn)很高的速度和加速度及定角度的快速準(zhǔn)停；
(4)電主軸更容易實(shí)現(xiàn)高速化，其動(dòng)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性更好；
(5)由于沒有中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)的外力作用，主軸運(yùn)行更平穩(wěn)，使主軸軸承壽命得到延長(zhǎng)。 電主軸的基本參數(shù)和主要規(guī)格包括:套簡(jiǎn)直徑、最高轉(zhuǎn)速、輸出功率、轉(zhuǎn)矩和刀具接口等，其中，套簡(jiǎn)直徑為電主軸的主要參數(shù)。目前，國(guó)內(nèi)外專業(yè)的電主軸制造廠已可供應(yīng)幾百種規(guī)格的電主軸。其套筒直徑從32mm至320mm、轉(zhuǎn)速從10000r/min到150000r/min、功率從O.5kW到80kW、轉(zhuǎn)矩從0. 1N • m到300N• m。
國(guó)外高速主軸單元的發(fā)展較快，中等規(guī)格的加工中心的主軸轉(zhuǎn)速已普遍達(dá)到1OOOOr/min甚至更高。美國(guó)福特汽車公司推出的HVM800臥式加工中心主軸單元采用液體動(dòng)靜壓 軸承最高轉(zhuǎn)速為15000r/min；德國(guó)GMN公司的磁浮軸承主軸單元的轉(zhuǎn)速最高達(dá)100000r/min以上；瑞士Mikron公司采用的電主軸具有先進(jìn)的矢量式閉環(huán)控制、動(dòng)平衡較好的主軸 結(jié)構(gòu)、油霧潤(rùn)滑的混合陶瓷軸承，可以隨室溫調(diào)整的溫度控制系統(tǒng)，以確保主軸在全部工作時(shí)間內(nèi)溫度恒定?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)10000-15000r/min的立式加工中心和18000r/min的臥式加工中心已開發(fā)成功并投放市場(chǎng)，生產(chǎn)的高速數(shù)字化仿形鈍床最高轉(zhuǎn)速達(dá)到了40900r/min。