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木材亞納米木粉的加工技術(shù)是人類在木材工業(yè)開拓的一個新的領(lǐng)域。筆者定義的亞納米木粉的粒度范圍是1000一20 000nm。亞納米木粉加工方法是未來木材納米加工工業(yè)科技攻關(guān)技術(shù)研究的主要內(nèi)容，從它的未來發(fā)展趨勢看，將在木材工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。亞納米級超細木粉粉碎設(shè)備是納米級超細木粉生產(chǎn)中關(guān)鍵設(shè)備之一，在亞納米級超細木粉生產(chǎn)過程中起著舉足輕重的作用。而在亞納米裂解機床中最關(guān)鍵的部件是粉碎機的主軸，該主軸要求具有10000r/min以上的轉(zhuǎn)速，若采用傳統(tǒng)的帶傳動和齒輪傳動，滿足轉(zhuǎn)速要求難度非常大，同時需要解決隨之帶來的各種各樣的問題。傳統(tǒng)的粉碎機主軸以普通電機通過傳動帶、齒輪等傳動系統(tǒng)驅(qū)動，電主軸則將異步電機的轉(zhuǎn)子直接通過過盈配合與粉碎機主軸相連，從而取消了從主電動機到主軸之間一切中間的機械傳動環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了主電機與粉碎機主軸的一體化，使粉碎機的主傳動系統(tǒng)實現(xiàn)的所謂的“零傳動”，具有結(jié)構(gòu)緊湊、機械效率高、噪聲低、振動小和精度高等特點，已經(jīng)在超高速切削機床上得到了廣泛的應(yīng)用。美國、日本、瑞士、意大利等國家，都在高速數(shù)控機床上廣泛采用了電主軸結(jié)構(gòu)。從而使將電主軸技術(shù)應(yīng)用到亞納米級超細木粉裂解粉碎機成為可能。 1、電主軸的工作原理 電主軸可以簡單理解為“電機+主軸”，也可以說是一臺高端的電動機。電主軸電機的繞組相位互差，通以三相交流電后，三相繞組各自形成一個正弦交變磁場，磁場轉(zhuǎn)速就是電主軸的同步轉(zhuǎn)速。異步電動機的同步轉(zhuǎn)速n由輸入電機定子繞組電流的頻率，和電機定子的極對數(shù)P決定(n= 60f/p)。電主軸就是利用變換輸入電動機定子繞組的電流、頻率和激磁電壓來獲得各種轉(zhuǎn)速。在加速和制動過程中，旋轉(zhuǎn)磁場的方向取決于輸入定子三相交流電的相序，因此改變電主軸輸入電流的相序，可以改變電主軸的旋轉(zhuǎn)方向。 2、具有電主軸結(jié)構(gòu)亞納米粉碎機設(shè)計 在亞納米級超細木粉生產(chǎn)過程中，使用最多的原料是鋸末和碎纖維。亞納米級超細木粉粉碎設(shè)備是納米級超細木粉生產(chǎn)中關(guān)鍵設(shè)備之一，在亞納米級超細木粉生產(chǎn)過程中，起著舉足輕重的作用。在裂解機床中選用的電主軸功率為2. 2kW，轉(zhuǎn)速為12 000r/min，電主軸通過聯(lián)軸節(jié)與粉碎機的主軸成為一體，銑刀被直接裝卡在主軸上。粉碎機利用高速切削下鋒利的切削刀具和阻攔刀具的剪切作用，在超高速氣流的沖擊作用下，動力和定力依靠特殊結(jié)構(gòu)構(gòu)成的楔形結(jié)構(gòu)形成的高壓動壓效應(yīng)，依靠沖擊動能把木粉沖擊切削成亞納米木粉的尺度。從亞納米級超細木粉加工工藝流程中可以看出，在亞納米級超細木粉加工過程中用粉碎設(shè)備形成納米級超細木粉。在亞納米木粉裂解過程中要求粉碎機主軸具有很高的轉(zhuǎn)速，設(shè)計的亞納米超細木粉裂解機床如圖2所示。 3、電主軸的關(guān)鍵技術(shù) 在電主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，良好的電機性能、合理的選配軸承、采取減小振動的各項措施、設(shè)計有效的冷卻系統(tǒng)、以及確定主軸零件與電機定子的過盈配合量是電主軸設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)。 3.1電機性能 電機性能是電主軸的核心，正確設(shè)計電機的電磁參數(shù)十分重要。首先其磁通密度要高，以增大單位體積的出功率，縮小定轉(zhuǎn)子體積；其次，電機的機械特性和電氣特性，需要和高速加工相適應(yīng)，滿足裂解粉碎機在寬調(diào)速范圍內(nèi)對功率和扭矩的要求；再次，轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)時應(yīng)有足夠的強度。另外由于電主軸是在高頻窄波下工作的，通常在其外殼會產(chǎn)生強烈的感應(yīng)電流，應(yīng)對定子進行屏蔽，可采用特殊浸漆工藝，外殼接地是必要的。 3.2支撐的合理選用與配置 支撐的合理選用與配置是電主軸設(shè)計的一項關(guān)鍵技術(shù)。在適合于高速電主軸的軸承中，常用陶瓷軸承、磁力軸承和動靜壓軸承，在價值不高且要求高剛性的情況下，可考慮選用剛質(zhì)滾珠軸承。在高轉(zhuǎn)速下對剛性要求不高的情況下，可選用動靜壓軸承。采用何種支撐主要根據(jù)工作轉(zhuǎn)速、工作載荷來選擇。陶瓷軸承具有良好的高速性能，剛性較好，較多采用。另外，為保證軸承在高速條件下具有良好的工作性能，必須對軸承進行冷卻、潤滑、預(yù)緊等措施，潤滑方式有油脂潤滑、油霧潤滑、油氣潤滑等，其中以油氣潤滑適應(yīng)高速效果最好。在選用的電主軸中，選用油霧潤滑。 3.3 電主軸的散熱、減振和過盈量的確定 解決高速、高效、高精度工作狀態(tài)下的發(fā)熱振動是電主軸的另一項關(guān)鍵技術(shù)。電主軸的熱源除切削熱外，主要是定轉(zhuǎn)子發(fā)熱和軸承發(fā)熱。電主軸的結(jié)構(gòu)特點是電機的定子直接安裝在殼體內(nèi)，這對電機的散熱很不利。發(fā)熱引起的熱變形將導(dǎo)致機床喪失精度，因此電主軸必須有冷卻系統(tǒng)，來保證機床恒溫。此外，電主軸由于轉(zhuǎn)速高，任何不平衡量都會引起振動，產(chǎn)生噪聲，影響主軸平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。振動問題的解決，取決于動平衡的精度，即對各回轉(zhuǎn)零件進行動平衡和對所有回轉(zhuǎn)件裝配于主軸之上后進行整體動平衡，使其達到規(guī)定的平衡精度要求。在結(jié)構(gòu)設(shè)計上主要采用兩端加裝動平衡環(huán)。主軸零件與電機定子的過盈配合量應(yīng)合理確定。為保證高速切削，主軸應(yīng)具有良好的運轉(zhuǎn)精度和傳動能力，其零部件需具有良好的加工精度、表面質(zhì)量及良好的裝配精度。且為達到精確的動平衡，電機轉(zhuǎn)子與機床主軸之間采用無鍵過盈聯(lián)接，并由此具備足夠傳遞扭矩的能力。過盈量的大小直接影響電主軸的性能，過盈量過大會使主軸裝配困難，影響裝配精度，甚至破壞配合表面；過盈量過小則會影響主軸傳遞扭矩的性能。