主轴电机及其工作原理和结构是什么？

什么是主轴电机？

主轴电机也称为高速电机，是指转速超过10，000转/分的交流电机。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、材料消耗低、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，加上其做工精细，速度快，电机加工质量高，其他普通电机不能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。该技术用于电力、导弹、航空等行业。由于行业的高技术要求，需要高质量、高科技、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、寿命长等特点。

电主轴的工作原理：

高速电主轴电机绕组的相位相差120°。施加三相交流电后，三相绕组各自形成正弦交变磁场。磁场沿一定方向匀速旋转，磁场速度是电主轴的同步转速。异步电动机的同步速度n由输入电动机定子绕组电流的频率f和电动机定子的极对数P（n=60f/p）决定。电主轴是通过将电流输入的频率和励磁电压转换为电动机的定子绕组来获得各种速度。在加速和制动过程中，通过改变频率进行加速和减速，以避免电机温升过大。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。

电主轴的相关结构和功能：

电主轴是近年来数控机床领域将机床主轴和主轴电机融为一体的新技术。与直线电机技术和高速刀具技术一起，它将推动高速加工进入一个新时代。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、换刀装置。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中，形成一个完整的轴单元。通电后，转子直接带动主轴运行。

• 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，内圈和外圈不接触，理论寿命无限大。
• 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。理论上，电主轴可以看作是高速电机。关键技术是高速动态平衡。
• 润滑：电主轴的润滑一般采用定时定量油气润滑，可采用油脂润滑，但相应转速会降低。所谓定时，就是每隔一定的时间间隔注油一次。所谓定量，就是通过一种叫做定量阀的装置，精确控制每次润滑油的用量。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，将无法润滑。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：为了尽快将热量散发到高速电主轴，通常会将循环冷却液传递到电主轴的外壁。冷却装置的作用是保持冷却液的温度。
• 内置脉冲编码器：为实现自动换刀和刚性攻丝，电主轴内置脉冲编码器，实现精确的相位角控制和与进给的协调。
• 自动换刀装置：应用于加工中心，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：实现电主轴每分钟数万甚至数十万转的速度。必须使用高频变频装置来驱动电主轴的内置高速电机，变频器的输出频率必须达到数千赫兹或数千赫兹。

伺服电机和主轴电机的区别：

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：要求伺服电机的减速和刚性要小。
   • 对快速响应的要求：这在轮廓加工中更为严格，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用于各种工具和加工材料。它适用于各种加工技术。
   • 需要一定的输出转矩和一定的过载转矩：机床机械载荷的性质主要是克服工作台的摩擦力和切削阻力，所以是恒转矩的性质。

   对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。当机床的电主轴转速高时，输出扭矩小。当主轴转速低时，输出扭矩大。要求轴传动具有恒定功率的特性。
   • 调速范围：确保数控机床适用于各种刀具和加工材料。适用于各种加工技术，要求主轴电机具有一定的调速范围。但对主轴的要求低于进给。
   • 速度精度：一般要求静差小于5%，较高的要求小于1%。
   • 快速：主轴驱动有时用于定位功能，这要求它快速。
2. 伺服电机和主轴电机的输出指标不同：
   伺服电机取转矩（N.m），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换为电机轴的扭矩，因此伺服电机以扭矩（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。但通过机械公式的转换，两个指标可以相互计算。