电主轴高速旋转引起的散热问题备受关注
电主轴的轴承在高速旋转时会产生大量的热量,导致主轴的温度升高,安装在电主轴末端的刀具在高速切削时也会产生大量的热量。因此,电主轴运行时的散热问题引起了广泛的关注,认为电主轴的结构设计必须考虑散热问题。
电主轴电机在高速运行过程中,功率损耗(包括机械损耗、电气损耗等。)内部发生,使电机发热。由于电主轴电机安装在主轴单元壳体内,主轴电机不能直接使用风扇散热,自然散热条件也比较差。研究结果表明,当电机高速旋转时,电机转子的工作温度达到140 ~ 160℃,定子的温度也达到45 ~ 85℃。电机产生的热量会直接传递给主轴,造成主轴热变形,产生加工误差。
高速电主轴的两种冷却方式
对于电主轴的整体冷却,通常有液冷和强迫风冷两种方式。
(1)液冷是指电主轴内部设计冷却水循环,外部配备相应的冷却机,使冷却液在主轴内部循环带走内部热量。这种冷却方式的优点是设计简单可靠,冷却效果明显。缺点是对轴芯冷却效果差,冷却器成本高。
(2)强制风冷是指在电主轴外壳和电机定子之间设计一个强制对流通道,电机产生的热量通过热传导进入强制对流区,将热量带入空气中,实现电主轴的恒温运行。强制风冷无污染。如果使用静压气体轴承,静压气体轴承的气体可以用来在主轴内部循环,带走电机的部分热量。
数控机床对进给伺服电机的要求主要包括:
(1)机械特性:要求伺服电机速度降小,刚性高;
(2)快速响应的要求:这在轮廓加工中是严格的,特别是在大曲率物体的高速加工中;
(3)速度范围:这可以使数控机床适用于各种刀具和加工材料;适应各种加工工艺;
(4)需要一定的输出扭矩和一定的过载扭矩。机床进给机械载荷的性质主要是克服工作台的摩擦和切削阻力,所以主要是“恒转矩”的性质。