数控机床高速电主轴技术及应用

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1、数控机床高速电主轴技术及应用洛阳轴研科技股份有限公司李彦一、高速电主轴的发展历程早在20世纪50年代，就己出现了用于磨削小孔的高频电主轴，当时的变频器采用的是真空电子管，虽然转速高，但传递的功率小，转矩也小。随着高速切削发展的需要和功率电子器件、微电子器件和计算机技术的发展，产生了全固态元件的变频器和矢量控制驱动器；加上混合陶瓷球轴承的出现，使得在20世纪80年代末、90年代初出现了用于铣削、钻削、加工中心及车削等加工的大功率、大转矩、高转速的电主轴。国外高速电主轴技术发展较快，中等规格的加工中心的主轴转速目前己普遍达到10000r/min甚至更高。1976年美国的Vought

2、公司首次推出一台超高速铣床，采用了Bryant内装式电机主轴系统，最高转速达到了20,OOOr/min，功率为15KW。到90年代末期，电主轴发展的水平是:转速40,000r/min，功率40KW(即所谓的“40-40水平”)。但2001年美国Cincinnati公司为宇航工业生产了SuperMach大型高速加工中心，其电主轴最高转速达60,000r/min，功率为80KW。目前世界各主要工业国家均有装备优良的专业电主轴生产厂，批量生产一系列用于加工中心和高速数控机床的电主轴。其中最著名的生产厂家有:瑞士的FISCHER公司、IBAG公司和STEP-TEC公司，德国的GMN公司

3、和FAG公司，美国的PRECISE公司，意大利的GAMFIOR公司和FOEMAT公司，日本的NSK公司和KOYO公司，以及瑞典的SKF公司等公司。高速电主轴生产技术的突破，大大推动了世界高速加工技术的发展与应用。从80年代中后期以来，商品化的超高速切削机床不断出现，超高速机床从单一的超高速铣床发展成为超高速车铣床、钻铣床乃至各种加工中心等。德国、美国、瑞士、英国、法国、日本也相继推出了自己的超高速机床。其中日本工业界善于汲取各国的研究成果并及时应用到新产品开发中去，尤其在超高速切削机床的研究和开发方面后来居上，现己跃居世界领先地位。日本厂商现己成为世界上超高速机床的主要提供者。

4、在我国，也开始有厂家生产超高速机床。中国机床工具行业近几年的快速发展，受到世界机床制造业界瞩目。代表当今机床技术发展主流的数控机床，更是异军突起，国产数控机床在高速、多轴、复合、精密以及自动化等方面都取得了明显的进展。尤其在数控机床的高速化和品种发展上进步明显。在CIMT2003届展会的高速加工中心展品有305　多台，占参展国产加工中心总数的30%。在高速加工中心展品中，宁江机床集团公司的NJ-5HMC40卧式加工中心最高主轴转速达40000r/min，快速行程达60m/min。在高精度产品中有北京机床研究所的高速立式加工中心，成都托普数控机床公司的PMC600高速立式加工中心

5、，大连机床集团有限公司的DHSC500高速卧式加工中心，沈阳机床股份有限公司的BW60HS/1卧式加工中心等。高速加工机床的涌现及超高速切削技术的发展，带动了相关技术及数控功能部件的专业化生产。数控功能部件是指数控系统、主轴单元、数控刀架和转台、滚珠丝杠副和滚动直线导轨副、刀库和机械手、高速防护装置等。它们是数控机床的核心组成部分。主机技术水平的不断提高，要求配套的功能部件也必须迅速提高自身的水平。功能部件技术水平的高低、性能的优劣以及整体的社会配套水平，都直接决定和影响着数控机床整机的技术水平和性能，也制约着主机的发展速度。没有高质量的功能部件，数控机床的迅速发展也将成为一句

6、空话。国产电主轴技术水平的高低必然影响产品在主机上的应用。我国数控机床的发展历程充分证明，数控功能部件产业发展的滞后，始终是制约我国数控机床发展的瓶颈问题之一。功能部件跟不上，发展数控机床将成为空话。我国数控机床整体技术水平的发展和提高，最终离不开先进的功能部件产业的支持。我们要抓住目前的黄金发展机遇，学习国外同行的先进技术，探索国际合作途径，共同为做大做强数控功能部件产业，为国产数控机床的发展而努力奋斗。二、高速电主轴的结构组成数控机床的高速主轴具有高回转速度，但这并无严格的界限。对作为高速切削机床代表的加工中心和数控铣床而言，一般是指最高转速≥10,000r/min的主轴系

7、统，并相应具有高的角加(减)速度，以实现主轴的瞬时升降速与起停。为适应制造业对机床加工精度愈来愈高的要求，高速切削主轴还应有较高的回转精度，通常要求主轴的径向跳动小于1或2µm，轴向窜动小于1µm。此外，主轴也要有足够的静、动刚度，以承受一定的切削负荷和保持高的回转精度。高速电主轴是高速机床的核心部件，它将机床主轴与变频电机轴合二为一，即将主轴电机的定子、转子直接装入主轴组件内部，也被称为内装式电主轴（builtinmotorspindle），其间不再使用皮带或齿轮传动副，从而实现机床主轴系