2.1电主轴的结构图
“高速电主轴”的概念是一套组件，包括：定子、转子、轴承、高速变频 装置、润滑装置、冷却装置等组成。电主轴的结构图如图2-1所示：
1—定子；2—转子；3—弹簧；4—主轴；5—轴承端盖；6—定位螺母；7—螺栓M8；8—套杯；9—油封；10—混合陶瓷球轴承；11—轴承端盖；12—螺栓M10
图2-1电主轴结构示意图
2.2 电主轴结构设计要求
2.2.1 设计要求;
设计要求如表2-1所示：
表2-1
额定转速P（r/min） 20000 额定功率n（kw） 4 2.3 引言：
电主轴运动控制是电主轴单元控制系统的核心部件，电主轴运动控制技术主要包含转速开环的恒压频比控制技术、转速闭环的恒压频比控制技术、矢量控制技术及直接转矩控制技术。而电主轴的驱动电源称为驱动器，驱动器的功能是控制电主轴的运行能力,使其获得较宽的调速范围。
2.4 电机的控制形式：
2.4.1 普通变频驱动和控制
普通变频器为标量驱动控制，其驱动控制特性为恒转矩驱动，即输出功率和
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西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）
转速成正比关系。标量驱动控制转矩、功率与转速的关系如图2-2和2-3所示。这类驱动器在低速时输出功率不够稳定，不能满足电主轴低速大扭矩的要求，也不具备主轴的定向停止和C轴功能，但价格便宜，一般用在高速端工作的电主轴。
图2-2标量控制电主轴转速与转矩的关系
图中：s6——电机运转时间内，负载是连续的，即在每2min的周期内，
60％的时间承受负载，另外40％的时间为空载。 s1——电动机在100％运转时间内，负载是连续不变的。
图2-3标量控制电主轴功率与转速的关系
2.4.2 矢量控制驱动器的驱动和控制
矢量控制驱动特性表现为：在低速端为恒转矩驱动，在中高速端为恒功率驱动，其转矩和功率与转速的关系如图2-4和2-5所示：
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图2-4矢量控制电主轴转矩与转速的关系
图2-5矢量控制电主轴功率与转速的关系
有的矢量控制驱动器在高速端或最高速端的功率和转矩均略有下降的特性，如图2-6和2-7所示：
图2-6矢量控制电主轴转矩与转速的关系
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西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）
图2-7矢量控制电主轴功率与转速的关系
2.5 电主轴控制形式和驱动形式的选择
电主轴是用在机床上的，负载应该是断续的，应该按s6来选择功率和转速比较经济，电主轴的转矩计算公式为：
PT?9550?1.91N?m （2-1）
n根据转速n，转矩T，功率P，可选择矢量控制驱动器的驱动和控制。
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3 主要零部件的设计
3 主要零部件的设计
3.1 轴承的选择
3.1.1 引言
主轴轴承技术是超高速主轴系统的一项关键技术，目前，国内外数控机床采用较多的轴承形式有：磁悬浮轴承、动静压轴承和陶瓷球轴承，其中使用最多的就是混合陶瓷球轴承。
3.1.2 主轴最小截面的估算：
根据转速和功率，选择主轴的材料为：45钢 调质处理。
45钢的参数为：A=106～98,[τ]=30～40MPa；所以取:A=100。最小截面直径：
3dmin?A?p?6.43mm。因此：d=10mm。 n3.1.3 轴承选择：
图3-1混合陶瓷球轴承的参考图
3.1.4 轴承参数的确定：
根据最小截面直径d=10mm,且根据转速n=20000r/min。同时，数控机床电主轴一般选用混合陶瓷球轴承，我国自行设计的陶瓷球轴承与国外存在一定的差距，因此选用GMN公司生产的SC61902C TA陶瓷球轴承。
SC61902C TA的参数如表3-1所示：
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