摘要：为了加速企业自身经济的发展，提高企业竞争力，促进企业技术进步，高速数控机床的研究开发已是当务之急。在高速数控机床设计制造中，高速主轴最为关键，本文阐述了电主轴的工作原理及其功能，并以CH6145A为例，阐述电主轴的的关键技术，且对电主轴的主要装配工序进行分析与研究。此次电主轴试装的成功，为我厂机床更新换代，经济的发展起到了积极的作用。 1.引言：
随着高速切削和超高速切削技术的发展和日益广泛的应用，各行各业对高速数控机床的需求与日俱增。随着世界经济不断发展，企业间的竞争越来越激烈，面对入世后更新更高更强的挑战,为了加速企业自身经济的发展，提高企业的市场反应能力，促进企业技术进步，高速数控机床的研究开发已是当务之急。
高速数控机床设计制造中，高速主轴最为关键。而我国高速电主轴的设计制造技术刚刚起步，尚末形成批量生产规模，电主轴的各项性能指标和国外尚有较大差距。为进一步掌握电
主轴床头箱加工与装配技术，我们于今年就内置式电主轴床头箱加工及装配工艺方法进行探索与研究。
2. 内置式电主轴床头箱简介
电主轴是将液冷感应电动机安装到主轴上，而成的一个完整的电机——主轴单元。其转子热装在主轴上，其定子压装在冷却壳内直接装到主轴箱内，通电后直接带动主轴运转。冷却介质通过定子外壳上的螺旋形导线将高速运转产生的热量几乎全部带走。其结构简单紧凑、功率损耗小、转动惯量小，可代替以往的皮带或齿轮减速的分离式主轴电机，使高速数控机床实现零传动，提高主轴电机的切削速度、快速响应能力和控制精度。 电主轴是一套组件，它主要包括电主轴本身及高频变频装置、润滑装置、冷却装置、内置编码器。其主轴轴承通常采用复合陶瓷轴承、电磁悬浮轴承、静压轴承、滚珠轴承。润滑方式通常采用油雾润滑、定时定量油气润滑、脂润滑。根据主电机与主轴轴承的相对位置，电主轴有两种布局方式；一种是将主电机置于主轴前后轴承之间，这种结构主轴单元的轴向尺寸短、刚度高、出力大。另一种是将主电机置于主轴后轴承的同轴布置；这种结构有利于减小电主轴前端径向尺寸，电机散热条件好。
CH6145A钢管切割电主轴床头箱数控车削加工中心，其电主轴布局方式是将主电机置于主轴前后轴承之间，床头箱和主轴为我厂自制，转子和定子分别选用的是德国力士乐公司1MS310F-6A-A1和1MR310F-A12，主轴前后轴承分别为NSK7024CDBDMP4 120×180和NSK7020CDBDMP5 100×150，测量环采用德国INDRAMAT公司的MH2-512-5-1200，传感器采用德国INDRAMAT公司的SH2-512-5-2N，冷却机为上海哈伯HWT-2RPSA。其定子冷压在床头箱里，转子热装在主轴上，前后轴承安装在前后端盖上，靠前后水套冷却。其整体结构如图。
3.电主轴装配工艺的关键技术及工艺方案的确定
3.1 电主轴装配工艺的关键技术
电主轴床头箱虽然机械结构较为简单，但其制造工艺却非常严格。由于电主轴转速较高，且拆装困难，因此如何控制好主轴的预紧力，前后轴承的温度，主轴的动平衡，定子与箱体的装配，转子与主轴的热装，水套防漏等均是电主轴装配工艺的关键技术。
3.2电主轴工艺方案的确定
3.2.1箱体加工工艺方案
箱体前后轴承的精度直接影响到装配后主轴的精度，箱体轴承安装孔尺寸直接影响到主轴轴承的预紧力大小，箱体定子安装孔与箱体轴承安装孔是否同轴，直接影响电主轴主轴电机的功率，箱体定子安装孔与定子水套外径间隙的大小，直接影响定子能否顺利地压装入箱体内、是否与转子同心。由于电主轴箱体其结构与一般床头箱略有不同，其主轴前后轴承不是直接安装在箱体上，而是安装在前后端盖上，因此为保证轴承孔与定子冷却套安装孔的同轴度，加工定子冷却套安装孔与轴承安装孔时在标镗上均按底面和40尺寸右侧面定位。加工时先将箱体冷却套安装孔按定子水套外径配镗至尺寸，保证间隙0.06～0.15，然后确保箱体在机床定位不变的情况下，将前后端盖安装在箱体上，按轴承 7020CDBMP5和7024CDBDMP4外环配镗端盖轴承安装孔，保证间隙0～0.005。
工序安排如下：
铸造 涂底漆划线验证毛坯 粗精铣底面 以底面和40尺寸侧面为基准粗精镗床头各孔，安装前后端盖 按轴承配镗轴承孔 修饰外表面 检验 喷漆 入库
3.2.2.主轴加工工艺方案
由于主轴前后支撑径的精度，直接影响主轴装配后的精度和轴承的预紧。主轴内孔的圆度及与外圆的同轴度，直接影响主轴的动平衡。主轴与定子内孔的配合过盈量，直接影响定子的热装。因此为防止主轴内孔与外圆不同心，造成主轴不平衡，主轴粗车后钻内孔，精车后再精车内孔。为消除加工应力，主轴淬火后采用低温时效。为保证主轴与轴承之间的配合间隙，主轴安装轴承外圆按轴承内环配磨，保证配作间隙0.003 ～ 0.008。为抵消装配误差，主轴精磨合格后，标出高低点位置（用稀释酸橡皮“O”字圆章）为部装装配做好标记。为保证主轴与定子内孔的配合过盈量（前端0.057～0.082、后端0.09～0.12），主轴与定子接触外径按定子内孔配磨。
工序安排如下：
备料 锻造 粗车 钻深孔 调质 半精车 精车 钻镗主轴各孔 淬火 粗磨外圆 高温回火 半精磨锥孔 精磨外圆、短锥及端面 精磨锥孔 检验 清洗、涂防锈油 入库
3.2.3 装配工艺方案确定
电主轴床头箱的装配主要针对电主轴床头箱拆装困难，主轴预紧力的选择，主轴的动平衡，
定子与床头箱压装，转子与主轴热装，防漏等关键技术进行了细致的研究，制定了详细的装配工艺方案。▲为确定主轴轴承预紧力，进行了预紧力测试试验。▲为保证主轴的动平衡，对主轴进行粗动平衡（不装定子）和精动平衡。▲为控制主轴前后轴承温度，测量主轴静刚度，在不安装定子和转子情况下组装床头箱，进行运车试验。▲为使定子顺利压入床头箱内，装配前将箱体内涂抹润滑脂。▲为解决转子热装问题，对转子进行加热试验。▲为防止渗漏，对水套和定子进行打压试验。
床头箱装配工艺过程入如下：
序号 | 工序名称 | 工 序 内 容 | 工 装 |
1 | 装配前准备 | 1.按产品目录清点零件。 2.按工装目录清点所需工装到货情况。 3.按图纸对零件进行检测。 4.装配前必须去毛刺，清洗各零件。 | 零件清洗车 95126-718 |
2 | 复检床头箱和主轴精度 | 1.复检床头精度，按检测结果和轴承外环与箱体孔的间隙修复箱体轴承孔。 2.复检主轴主要轴径精度，检测轴承内环主轴安装轴承径的间隙。 | 外径千分尺 100～125 内径千分尺 100～125 |
3 | 组装主轴套件 | 1. 测量主轴轴承与箱体和主轴的间隙。 2. 测量主轴预紧力。 太阳能浴室3. 配键、组装主轴套件 4. 做主轴套件动平衡 | 测力计 86330-858 轴承压盖 70021-798 平板 84540-013 动平衡机 |
4 | 装配床头箱(不装定子与转子) | 1.将前后水套安装前法兰盘上。 2.分别将前、后水套组件进行试漏。 3.安装主轴组件 监控界面4.勒夫波检验床头精度、测量前后轴承温度 5. 测量主轴静刚度 | 油塞M10×1 液压油箱 吊环M16 勾扳55～62 工艺皮带轮 |
5 | 安装定子 | 1. 装配前准备 2. 安装定子 3.检查O型圈密封性 | 吊环 GB858-88 M8 液压车 |
6 | 装配转子 | 1.装配前准备 2.转子热套主轴上 3. 检测转子的精度。 4. 复检主轴精度 5. 主轴精动平衡 | 恒温干燥箱 滑动小车 耐热手套 主轴支座 轴流式压气机手动液压泵 油泵接头 | 挖矿脚本
7 | 组装箱体 | 1.以主轴箱前端为基准，垫硬竖直安放主轴箱 2.将主轴组件套入箱体内并紧固螺钉。 3.安装后背帽 4.复检床头精度 | 吊具 主轴检棒 |
8 | 电气检验 | 1.进行高压试验 2.进行电感测试 3.漏电与短路检验 | 耐压试验仪 漏电检测仪 |
9 | 完善床头 | 安装编码器.发兰盘的各件 | |
10 | 整机试验 | 1. 整机运车，复检各项精度。 2. 测量电主轴各项指标值 | 同12序 |
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4．电主轴主要装配工序分析
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