數控機床高速電主軸技術及應用分析

張開洪，張景源（沈陽機床股份有限公司，沈陽　110141）

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數控機床高速電主軸技術及應用分析

張開洪，張景源
（沈陽機床股份有限公司，沈陽110141）

摘要：眾所周知高速機床最重要的部分是高速電主軸部件，它對數控機床的進步有比較大的影響，數控機床的改進首先要從高速電主軸的研發開始。這篇論文主要介紹了高速電主軸結構方面的構成以及其逐步發展的過程，同時著重強調了高速電主軸對數控機床技術進步不可忽視的作用。為此我們應該著大力發展高速電主軸技術。

關鍵詞：數控機床；高速電主軸；進步；技術

1　高速電主軸的發展過程

在上個世紀50年代左右，已經研制出了真空電子管作為變頻器的高頻電主軸。它的優點是轉速很大，缺點是傳遞的轉矩和功率太小。隨著計算機時代的到來，在上個世紀末研制出了用于車削、鉆削等工藝的高頻電主軸。

現如今世界上的大部分工業國家都具有生產良好性能高頻電主軸的能力。比較出名的有日本的NSK公司和美國的PRECISE等公司。至于超高速機床的的發展則更突顯一個國家的科技實力，而日本則是其中的佼佼者。同時我國的超高速機床也開始了飛速發展，取得了令世界震驚的發展，主要表現在數控機床的高速化和種類多樣化。在高速化方面，寧江機床公司研發的NJ-5HMC40臥式加工中心的最大主軸轉速達到了40000r/min。在上個世紀的高速切削機床的發展中，日本因為自己的民族特色，不斷吸收其他國家的先進技術，通過國內的消化吸收達到了國際先進水平，在世界市場上占據了一席之地。我國在這方面的發展起步較晚，導致我國數控機床很大程度依賴國外的技術。但是通過相關技術人才的不斷努力，在高速、多軸等方面也取得了巨大的進步。在CIMI2003屆展會上，國產的地30多臺，這是一個十分巨大的進步。與此同時我們應該繼續加大重要部件的研發力度，尤其是資金和人才方面的投入，學習國外的先進經驗，少走彎路，為國家數控機床在全世界同類型產品中的崛起努力。

2　高速電主軸的構成

現代加工制造業對零件加工方面的要求與日俱增，生產中加工中心擁有的高速切削機床指的是最大轉速大于10000r/min的高速電主軸系統。同時高速切削主軸也需要有較大的回轉精度以及靜和動剛度。

高速機床最重要的部分高速高速電動主軸部件，它起到將機床的主軸和變頻電機合到一起的作用，意思就是將主軸的電機中的轉子、定子等部件加到主軸里面。這樣的機構連接不易松動，質量方面減低不少，還能快速響應，噪音也很小，十分符合現代生產制造的要求。

高速主軸的一個單元部分主要包括動力源、軸承、主軸、和機架。這四個重要部件組成了一個十分平穩的體系，基本上滿足了加工需要的各種要求。同時它的優異主要由主軸的取材的質量、結構好壞、產生噪聲大小等決定。因此市場上電主軸方面的技術更加普遍。

在生產實踐中，在主軸的的靜剛度和工作精度兩方面都要做的十分好才可以。同時主軸應該具有非常良好的抵抗震動的特性。當處于很大速度的情況時，選擇電主軸是十分必要的。電主軸體系的幾項要求十分必要。比如它軸承的質量等，如果質量太差，導致使用時間縮短就會影響生產。還有就是電主軸在受到單個徑向力時有多大的位移，這對生產時的精度影響十分明顯。在以往有關主軸方面的技術中往往缺少必須的計算，導致生產成本的大幅度上升。如今的主軸生產便克服了這一問題，因此適應制造業的發展，為社會的進步提供了技術方面的支持。

3　國外高速電主軸的一些特性

只有充分了解國外的電主軸技術，才能為我國的電主軸發展獻策獻力，貢獻力量。其主要的特性有（1）關于如何同時實現大轉速和大功率的要求。這在國際上是一個難題，國際的許多科研所都在大力攻關，國內已經有了新的突破，尤其在高速電主軸方面。（2）精密的加工和裝配是最重要的。因此數控機床的許多重要零件都需要極小的加工誤差，加工誤差大了會造成機器工作不穩定，縮短機器的壽命。國外的許多電主軸工廠都有十分精密的設備，為其本國的機械制造業的發展奠定了十分堅實的基礎，但是我們國家在一些重要部件方面尚未突破，需要更多的投入。（3）許多發達國家的機械鑄造工藝十分發達，因此可以加工出高剛度的軸承。瑞士一個公司的磁懸浮軸承的轉速達到了200000r/min。但是國內相關技術的發展尚未滿足生產的要求，許多的軸承只能進口。（4）一個技術的成熟同時也體現在其配套體系的成熟與否。國外的自動平衡系統、主軸變形溫度補償精密系統等都比我國的要先進許多，因此我國的競爭還很激烈，。比如德國一個公司的在線自動平衡系統可以十分明顯的減輕電主軸的振動情況。

4　高速電主軸對數控機床的作用

現代社會工業生產的集成度越來越高，人工操作的地方越來越少。因此形成體系的電主軸更具有市場競爭力，降低工業產品的生產成本，可以更好的滿足社會的各種要求，為社會的發展服務。當電主軸應用到數控機床時，因為其本身具有的優勢使機床的生產活動更加的平穩，很少發生故障，極大地滿足了當今快速生產的需求，帶來極大地經濟效益。電主軸在并聯運動機床的生產活動中具有不可或缺的作用，十分重要。為了讓“高速度、高可靠性、高精度及小震動性”的要求深入落實，需要電動機安裝到電主軸的體系內。它與閉環矢量控制、電機變頻等應用到一起，讓車削、鉆削等技術的精度更加符合要求?，F如今的機械產品生產遇到了許多的瓶頸，而高速加工的出現正好解決了這些困難，取得了零件加工的巨大進步。正是由于金屬切削加工的巨大優勢，讓全世界的制造業發展再次上了一個臺階。當今社會的高精尖設備的重要部件都離不開高檔數控機床的作用。電主軸技術的發展已經上了一個快車道，哪個國家可以在核心技術方面取得重大突破，都將引領相關產業的潮流。作為當代中國發展的后備力量，我們應該努力學習相關技術，彌補我國在相關技術方面的先天不足，為電主軸技術的發展貢獻一份力量。

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DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.050

作者簡介：張開洪，男，主要從事機械加工工藝和機床裝配工藝的工作。