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木材亞納米木粉的加工技術(shù)是人類(lèi)在木材工業(yè)開(kāi)拓的一個(gè)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(lái)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(lái)發(fā)展趨勢(shì)看，將在木材工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。亞納米級(jí)超細(xì)木粉粉碎設(shè)備是納米級(jí)超細(xì)木粉生產(chǎn)中關(guān)鍵設(shè)備之一，在亞納米級(jí)超細(xì)木粉生產(chǎn)過(guò)程中起著舉足輕重的作用。而在亞納米裂解機(jī)床中最關(guān)鍵的部件是粉碎機(jī)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(dòng)和齒輪傳動(dòng)，滿足轉(zhuǎn)速要求難度非常大，同時(shí)需要解決隨之帶來(lái)的各種各樣的問(wèn)題。傳統(tǒng)的粉碎機(jī)主軸以普通電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)帶、齒輪等傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，電主軸則將異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子直接通過(guò)過(guò)盈配合與粉碎機(jī)主軸相連，從而取消了從主電動(dòng)機(jī)到主軸之間一切中間的機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了主電機(jī)與粉碎機(jī)主軸的一體化，使粉碎機(jī)的主傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的所謂的“零傳動(dòng)”，具有結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)械效率高、噪聲低、振動(dòng)小和精度高等特點(diǎn)，已經(jīng)在超高速切削機(jī)床上得到了廣泛的應(yīng)用。美國(guó)、日本、瑞士、意大利等國(guó)家，都在高速數(shù)控機(jī)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(jí)超細(xì)木粉裂解粉碎機(jī)成為可能。 1、電主軸的工作原理 電主軸可以簡(jiǎn)單理解為“電機(jī)+主軸”，也可以說(shuō)是一臺(tái)高端的電動(dòng)機(jī)。電主軸電機(jī)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(gè)正弦交變磁場(chǎng)，磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速就是電主軸的同步轉(zhuǎn)速。異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n由輸入電機(jī)定子繞組電流的頻率，和電機(jī)定子的極對(duì)數(shù)P決定(n= 60f/p)。電主軸就是利用變換輸入電動(dòng)機(jī)定子繞組的電流、頻率和激磁電壓來(lái)獲得各種轉(zhuǎn)速。在加速和制動(dòng)過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(jī)設(shè)計(jì) 在亞納米級(jí)超細(xì)木粉生產(chǎn)過(guò)程中，使用最多的原料是鋸末和碎纖維。亞納米級(jí)超細(xì)木粉粉碎設(shè)備是納米級(jí)超細(xì)木粉生產(chǎn)中關(guān)鍵設(shè)備之一，在亞納米級(jí)超細(xì)木粉生產(chǎn)過(guò)程中，起著舉足輕重的作用。在裂解機(jī)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(guò)聯(lián)軸節(jié)與粉碎機(jī)的主軸成為一體，銑刀被直接裝卡在主軸上。粉碎機(jī)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(dòng)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(dòng)壓效應(yīng)，依靠沖擊動(dòng)能把木粉沖擊切削成亞納米木粉的尺度。從亞納米級(jí)超細(xì)木粉加工工藝流程中可以看出，在亞納米級(jí)超細(xì)木粉加工過(guò)程中用粉碎設(shè)備形成納米級(jí)超細(xì)木粉。在亞納米木粉裂解過(guò)程中要求粉碎機(jī)主軸具有很高的轉(zhuǎn)速，設(shè)計(jì)的亞納米超細(xì)木粉裂解機(jī)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(jì)中，良好的電機(jī)性能、合理的選配軸承、采取減小振動(dòng)的各項(xiàng)措施、設(shè)計(jì)有效的冷卻系統(tǒng)、以及確定主軸零件與電機(jī)定子的過(guò)盈配合量是電主軸設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)。 3.1電機(jī)性能 電機(jī)性能是電主軸的核心，正確設(shè)計(jì)電機(jī)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(jī)的機(jī)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(jī)在寬調(diào)速范圍內(nèi)對(duì)功率和扭矩的要求；再次，轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)有足夠的強(qiáng)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(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的感應(yīng)電流，應(yīng)對(duì)定子進(jìn)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(jì)的一項(xiàng)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(dòng)靜壓軸承，在價(jià)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(duì)剛性要求不高的情況下，可選用動(dòng)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(lái)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(duì)軸承進(jìn)行冷卻、潤(rùn)滑、預(yù)緊等措施，潤(rùn)滑方式有油脂潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑、油氣潤(rùn)滑等，其中以油氣潤(rùn)滑適應(yīng)高速效果最好。在選用的電主軸中，選用油霧潤(rùn)滑。 3.3 電主軸的散熱、減振和過(guò)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(dòng)是電主軸的另一項(xiàng)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(diǎn)是電機(jī)的定子直接安裝在殼體內(nèi)，這對(duì)電機(jī)的散熱很不利。發(fā)熱引起的熱變形將導(dǎo)致機(jī)床喪失精度，因此電主軸必須有冷卻系統(tǒng)，來(lái)保證機(jī)床恒溫。此外，電主軸由于轉(zhuǎn)速高，任何不平衡量都會(huì)引起振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲，影響主軸平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。振動(dòng)問(wèn)題的解決，取決于動(dòng)平衡的精度，即對(duì)各回轉(zhuǎn)零件進(jìn)行動(dòng)平衡和對(duì)所有回轉(zhuǎn)件裝配于主軸之上后進(jìn)行整體動(dòng)平衡，使其達(dá)到規(guī)定的平衡精度要求。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上主要采用兩端加裝動(dòng)平衡環(huán)。主軸零件與電機(jī)定子的過(guò)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(yùn)轉(zhuǎn)精度和傳動(dòng)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(dá)到精確的動(dòng)平衡，電機(jī)轉(zhuǎn)子與機(jī)床主軸之間采用無(wú)鍵過(guò)盈聯(lián)接，并由此具備足夠傳遞扭矩的能力。過(guò)盈量的大小直接影響電主軸的性能，過(guò)盈量過(guò)大會(huì)使主軸裝配困難，影響裝配精度，甚至破壞配合表面；過(guò)盈量過(guò)小則會(huì)影響主軸傳遞扭矩的性能。