图1 电主轴保护系统与电主轴的布置方式一例
电主轴保护系统在发生碰撞过载情况下会切断电主轴的驱动力，以此保护那些对碰撞敏感的部件。保护装置包含有一个带有永磁体的双法兰。永磁体把制动力作用于隔离点上。
在切削机床上，行走轴和干涉物体之间发生的强烈碰撞会造成部件的极大损伤。在机床长时间停机和发生高额维修费用情况中，有70%是由于部件干涉和碰撞而导致的。受到碰撞威胁的主要部件有主轴驱动装置和电动主轴。部件的干涉和碰撞的原因是多方面的。除了编程错误、刀具定义错误、错误的零位偏移和未被注意到的外轮廓干涉之外，另一个常见的故障源便是机床轴的意外快速行走。手动急停功能往往无法及时阻止碰撞。
由于机床设备刚性大、行走速度高（最大达1m/s），导致的碰撞力也很大（超过100kN）。碰撞力给刀具一侧带来的结果往往是刀具断裂和电动主轴上那些对碰撞敏感的元件受损。
40%轴承损伤缘于碰撞
研究结果表明，40%电动主轴轴承损伤均缘于碰撞。此外，根据不同的碰撞程度，还会发生轴或刀具夹持系统变形、回转接头密封失灵和自动同步传感器失效等故障。
剧烈碰撞后所需的维修和维护费用可以高达电主轴全新时的价格的70%，并且需耗用数周时间进行修理。损伤的其他后果如机床的保养、生产中断和供货期延迟等，还没有计算在内。调查结果表明，碰撞所引起的损失和机床所需的保养费用高达几万欧元，这种情况不并不在少数。
在机床控制系统（因反应时间所限）通过诸如电子监视系统对机床前行轴采取制动、换向和停止等措施以防碰撞之前，机械保护系统就已经发挥效用。
图2 电主轴防护系统处于零位和在刀
具发生轴向或径向碰撞时的偏转情况
通过采用反应能力强的机械安全元件，可以有效防止此类损伤的发生。这种安全装置很容易被加装到机床设备上，在机床超过极限力矩时，即可在进给电机和丝杠之间切断运行力。但是，由此产生一个缺点，即丝杠系统在运行力被切断之后仍继续处于碰撞力的作用之下。由于安全耦合器无法为高动力性的机床，尤其是带有线性电机和进给驱动装置的机床，提供良好的解决途径，因此，选择性使用安全系统来保护电动主轴便是一种必然要求。nextpage
保护系统及早切断动力
Jakob驱动技术公司最新研发的电主轴保护系统在主轴箱和电主轴接口之间具备很高的刚性，可以在察觉到干涉所致的过载情况下，对电主轴的运行力进行直接和早期的切断，由此可以有效保护敏感元件免受碰撞损伤。
所研发的电主轴保护系统是一种碰撞和过载防护系统，它安装在机床和电主轴之间运行力的影响区域内。这种动力在超过特定极限力之后可以使电主轴产生3D偏转。在刀具发生轴向或径向干涉时，根据过载和碰撞的不同情况，偏转既可表现为电主轴的轴向推移，也可表现为电主轴的侧偏转。
保护装置包含一个自动对中的封闭式双法兰系统。隔断位置上的阻止力通过特别开发的一种永磁体系统生成。永磁体的磁力依据机床或电主轴的制造厂商所给定的极限吸附力或极限吸附力矩而设定的。
当隔断位置上出现吸附力过大时，永磁体系统就会直接隔断机床和电主轴侧的法兰。随着电主轴侧的法兰被松开和间隙加大，磁力就会快速下降。在隔断发生之后，在机床上呈径向布置的压力弹簧元件即可发挥支撑功能，同时也为电主轴侧的法兰起到浮动导向作用。弹簧的作用方向与偏转方向相反，使得电主轴沿着一个可调的弹簧路径发生偏转。
图3 电主轴防护系统的结构图
与弹簧元件平行安装着一些冲击阻尼衬垫。阻尼衬垫可以额外吸收偏移时的动态冲击能。作为电主轴力被隔断的结果，可能引起损伤的冲击力峰值即被施加了有效的阻尼。
为了通过机床设备控制系统对碰撞情况加以识别，安设在主轴法兰上的近似开关对法兰的重合进行连续的监测。在法兰分开时，触点被中断，同时通过控制系统中的一种自动识别功能，机床的各轴也被制动而停止运行。
在电主轴偏离碰撞位置之后，在弹簧力和自动对中功能的作用下，防护系统会重新准确地回到其初始位置上。防护系统也可以作逆向布置，可以承受多次碰撞而不会受损。
防污器对系统的保护作用
通过对永磁体系统采取的封闭性措施，在系统外侧不会产生干扰磁场或吸引力。柔软密闭的刮污器装置对该系统起到了附加的阻止润滑剂、废屑或污物等进入该系统的作用。
综上所述，这种防护系统具有如下优点：自供能量的被动式工作原理；很高的吸附力，确保作业安全；很高的系统刚性，可达到极大的吸附力；通过阻尼器吸收动态冲击能量；内置急停偏转状态查询功能；自动准确复位；适用于各种常见外形的电动主轴设备；比纯电子监视系统反应更快；提高机床设备的利用率，免维护。
