電主軸，外文名hvct，是在數控機床領(lǐng)域出現的將機床主軸與主軸電機融為一體的新技術(shù)。主軸是一套組件，它包括電主軸本身及其附件：電主軸、高頻變頻裝置、油霧潤滑器、冷卻裝置、內置編碼器、換刀裝置等。這種主軸電動(dòng)機與機床主軸“合二為一”的傳動(dòng)結構形式，使主軸部件從機床的傳動(dòng)系統和整體結構中相對獨立出來(lái)，因此可做成“主軸單元”，俗稱(chēng)“電主軸”(ElectricSpindle,Motor Spindle)，特性為高轉速、高精度、低噪音、內圈帶鎖口的結構更適合噴霧潤滑。

電主軸是在數控機床領(lǐng)域出現的將機床主軸與主軸電機融為一體的新技術(shù)，

電主軸

它與直線(xiàn)電機技術(shù)、高速刀具技術(shù)一起，把高速加工推向一個(gè)新時(shí)代。電主軸包括電主軸本身及其附件，包括電主軸、高頻變頻裝置、油霧潤滑器、冷卻裝置、內置編碼器、換刀裝置等。電動(dòng)機的轉子直接作為機床的主軸，主軸單元的殼體就是電動(dòng)機機座，并且配合其他零部件，實(shí)現電動(dòng)機與機床主軸的一體化。

隨著(zhù)電氣傳動(dòng)技術(shù)（變頻調速技術(shù)、電動(dòng)機矢量控制技術(shù)等）的迅速發(fā)展和日趨完善，高速數控機床主傳動(dòng)系統的機械結構已得到極大的簡(jiǎn)化，基本上取消了帶輪傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)。機床主軸由內裝式電動(dòng)機直接驅動(dòng)，從而把機床主傳動(dòng)鏈的長(cháng)度縮短為零，實(shí)現了機床的“零傳動(dòng)”。，這種“主軸單元”主軸電動(dòng)機與機床主軸“合二為一”的傳動(dòng)結構形式使主軸部件從機床的傳動(dòng)系統和整體結構中相對獨立出來(lái)，又稱(chēng)“電主軸”(ElectricSpindle,Motor Spindle)。由于當前電主軸主要采用的是交流高頻電動(dòng)機，故也稱(chēng)為“高頻主軸”（High FrequencySpindle)。由于沒(méi)有中間傳動(dòng)環(huán)節，有時(shí)又稱(chēng)它為“直接傳動(dòng)主軸”（Direct Drive Spindle)。

電主軸結構

電主軸由無(wú)外殼電機、主軸、軸承、主軸單元殼體、驅動(dòng)模塊和冷卻裝置等組成。電機的轉子采用壓配方法與主軸做成一體，主軸則由前后軸承支承。電機的定子通過(guò)冷卻套安裝于主軸單元的殼體中。主軸的變速由主軸驅動(dòng)模塊控制，而主軸單元內的溫升由冷卻裝置限制。在主軸的后端裝有測速、測角位移傳感器，前端的內錐孔和端面用于安裝刀具。

電主軸的冷卻

由于電主軸將電機集成于主軸單元中，且轉速很高，運轉時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量熱量，引起電主軸溫升，使電主軸的熱態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性變差，從而影響電主軸的正常工作。因此，必須采取一定措施控制電主軸的溫度，使其恒定在一定值內。機床一般采取強制循環(huán)油冷卻的方式對電主軸的定子及主軸軸承進(jìn)行冷卻，即將經(jīng)過(guò)油冷卻裝置的冷卻油強制性地在主軸定子外和主軸軸承外循環(huán)，帶走主軸高速旋轉產(chǎn)生的熱量。機床另外，為了減少主軸軸承的發(fā)熱，還必須對主軸軸承進(jìn)行合理的潤滑。

電主軸的驅動(dòng)

電主軸的電動(dòng)機均采用交流異步感應電動(dòng)機，由于是用在高速加工機床上，啟動(dòng)時(shí)要從靜止迅速升速至每分鐘數萬(wàn)轉乃至數十萬(wàn)轉，啟動(dòng)轉矩大，因而啟動(dòng)電流要超出普通電機額定電流5~7倍。其驅動(dòng)方式有變頻器驅動(dòng)和矢量控制驅動(dòng)器驅動(dòng)兩種。變頻器的驅動(dòng)控制特性為恒轉矩驅動(dòng)，輸出功率與轉矩成正比。機床最新的變頻器采用先進(jìn)的晶體管技術(shù)，可實(shí)現主軸的無(wú)級變速。機床矢量控制驅動(dòng)器的驅動(dòng)控制為在低速端為恒轉矩驅動(dòng)，在中、高速端為恒功率驅動(dòng)

優(yōu)點(diǎn)

電主軸具有結構緊湊、重量輕、慣性小、噪聲低、響應快等優(yōu)點(diǎn)，

而且轉速高、功率大，簡(jiǎn)化機床設計，易于實(shí)現主軸定位，是高速主軸單元中的一種理想結構。 電主軸軸承采用高速軸承技術(shù)，耐磨耐熱，壽命是傳統軸承的幾倍。

特性

高轉速、高精度、低噪音、內圈帶鎖口的結構更適合噴霧潤滑。

主要用途

數控機床 ●機電設備

微型電機 ●壓力轉子

高科技

高速軸承技術(shù)

電主軸通常采用動(dòng)靜壓軸承、復合陶瓷軸承或電磁懸浮軸承。

動(dòng)靜壓軸承具有很高的剛度和阻尼，能大幅度提高加工效率、加工質(zhì)量、延長(cháng)刀具壽命、降低加工成本，這種軸承壽命多半無(wú)限長(cháng)。

復合陶瓷軸承在電主軸單元中應用較多，這種軸承滾動(dòng)體使用熱壓Si3N4陶瓷球，軸承套圈仍為鋼圈，標準化程度高，對機床結構改動(dòng)小，易于維護。

電磁懸浮軸承高速性能好，精度高，容易實(shí)現診斷和在線(xiàn)監控，但是由于電磁測控系統復雜，這種軸承價(jià)格十分昂貴，而且長(cháng)期居高不下，沒(méi)有得到廣泛應用。

高速電機技術(shù)

電主軸是電動(dòng)機與主軸融合在一起的產(chǎn)物，電動(dòng)機的轉子即為主軸的旋轉部分，理論上可以把電主軸看作一臺高速電動(dòng)機。關(guān)鍵技術(shù)是高速度下的動(dòng)平衡；

結構說(shuō)明及油氣潤滑

電主軸是一個(gè)高精度的執行元件，而影響電主軸回轉精度的主要因素有：

①主軸誤差 主要包括主軸支承軸頸的圓度誤差、同軸度誤差（使主軸軸心線(xiàn)發(fā)生偏斜）和主軸軸頸軸向承載面與軸線(xiàn)的垂直度誤差（影響主軸軸向竄動(dòng)量）

② 軸承誤差

軸承誤差包括滑動(dòng)軸承內孔或滾動(dòng)軸承滾道的圓度誤差，滑動(dòng)軸承內孔或滾動(dòng)軸承滾道的波度，滾動(dòng)軸承滾子的形狀與尺寸誤差，軸承定位端面與軸心線(xiàn)垂直度誤差，軸承端面之間的平行度誤差，軸承間隙以及切削中的受力變形等。

③ 主軸系統的徑向不等剛度及熱變形

從以上可以看出影響電主軸回轉精度的主要原因就是軸承磨損，軸及接觸面磨損。為了保證我們的電主軸能在保證精度的情況下正常工作，我們就要盡可能的降低軸承相關(guān)部位的磨損率，而降低磨損的主要方式就是潤滑，對軸承進(jìn)行潤滑處理，保證良好的潤滑及冷卻效果。因此選擇合理正確的潤滑方式是保證電主軸正常工作的重要條件。 [2] 

油氣潤滑裝置使用在電主軸上面被普遍認可，俗稱(chēng)“電主軸油氣潤滑裝置”。電主軸油氣潤滑裝置通俗的解釋就是，油跟隨氣體的流動(dòng)而往前運動(dòng)。氣體在運動(dòng)過(guò)程中，會(huì )帶動(dòng)附著(zhù)在管壁上面的少量油滴進(jìn)入到兩邊的傳動(dòng)軸承，噴灑到摩擦面上的是帶有油滴的油氣混合體。這種潤滑裝置不僅經(jīng)濟、環(huán)保、快速、高效，更重要的是油滴適中，不會(huì )造成因油量過(guò)多軸承無(wú)法散熱，也不會(huì )造成因油量過(guò)多，軸承在高速旋轉過(guò)程中產(chǎn)生背壓，避免了電主軸負載增加，更不會(huì )產(chǎn)生竄動(dòng)現象。

冷卻裝置

為了盡快給高速運行的電主軸散熱，通常對電主軸的外壁通以循環(huán)冷卻劑，冷卻裝置的作用是保持冷卻劑的溫度。

內置脈沖編碼器

為了實(shí)現自動(dòng)換刀以及剛性攻螺紋，電主軸內置一脈沖編碼器，以實(shí)現準確的相角控制以及與進(jìn)給的配合。

自動(dòng)換刀裝置

為了應用于加工中心，電主軸配備了自動(dòng)換刀裝置，包括碟形簧、拉刀油缸等；

高速刀具的裝卡方式

廣為熟悉的BT、ISO刀具，已被實(shí)踐證明不適合于高速加工。這種情況下出現了HSK、SKI等高速刀具。

高頻變頻裝置

要實(shí)現電主軸每分鐘幾萬(wàn)甚至十幾萬(wàn)轉的轉速，必須用一高頻變頻裝置來(lái)驅動(dòng)電主軸的內置高速電動(dòng)機，變頻器的輸出頻率必須達到上千或幾千赫茲。

控制

在數控機床中，電主軸通常采用變頻調速方法。主要有普通變頻驅動(dòng)和控制、矢量控制驅動(dòng)器的驅動(dòng)和控制以及直接轉矩控制三種控制方式。

普通變頻為標量驅動(dòng)和控制，其驅動(dòng)控制特性為恒轉矩驅動(dòng)，輸出功率和轉速成正比。普通變頻控制的動(dòng)態(tài)性能不夠理想，在低速時(shí)控制性能不佳，輸出功率不夠穩定，也不具備C軸功能。但價(jià)格便宜、結構簡(jiǎn)單，一般用于磨床和普通的高速銑床等。

矢量控制技術(shù)模仿直流電動(dòng)機的控制，以轉子磁場(chǎng)定向，用矢量變換的方法來(lái)實(shí)現驅動(dòng)和控制，具有良好的動(dòng)態(tài)性能。矢量控制驅動(dòng)器在剛啟動(dòng)時(shí)具有很大的轉矩值，加之電主軸本身結構簡(jiǎn)單，慣性很小，故啟動(dòng)加速度大，可以實(shí)現啟動(dòng)后瞬時(shí)達到允許極限速度。這種驅動(dòng)器又有開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種，后者可以實(shí)現位置和速度的反饋，不僅具有更好的動(dòng)態(tài)性能，還可以實(shí)現C軸功能；而前者動(dòng)態(tài)性能稍差，也不具備C軸功能，但價(jià)格較為便宜。

直接轉矩控制是繼矢量控制技術(shù)之后發(fā)展起來(lái)的又一種新型的高性能交流調速技術(shù)，其控制思想新穎，系統結構簡(jiǎn)潔明了，更適合于高速電主軸的驅動(dòng)，更能滿(mǎn)足高速電主軸高轉速、寬調速范圍、高速瞬間準停的動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性的要求，已成為交流傳動(dòng)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)技術(shù)。

保養

（1）操作員在每天工作完后要使用吸塵器清理電主軸的轉子端和電機接線(xiàn)端子上的廢屑，防止廢屑在轉子端和接線(xiàn)端子上堆積，以此避免廢屑進(jìn)入軸承，加速高速軸承的磨損；避免廢屑進(jìn)入接線(xiàn)端子，造成電機短路燒毀。

（2）每次對電主軸更換刀具時(shí)，操作員必須要將壓帽卡頭擰下，

不能使用直接插拔刀具的方法換刀！

操作員要養成一個(gè)習慣，在卸刀后要將卡頭和壓帽清理干凈。

（3）每天開(kāi)機后操作員必須檢查電主軸的冷卻水流地工作狀態(tài)，要檢查水泵是否正常工作，要檢查冷卻水是否被水垢、微生物污染，要檢查管路狀態(tài)是否正常，必須要保證冷卻水正常循環(huán)！嚴禁在電主軸內無(wú)冷卻水通過(guò)的情況下開(kāi)啟電主軸！只有在正常冷卻的前提下電主軸才能處于良好的工作狀態(tài)。如果水管有死彎造成水流不暢或有污垢堵塞管道，就會(huì )造成電主軸無(wú)法正常工作，并會(huì )影響加工效果。