电主轴

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5、我国数控机床用电主轴技术与国 际先进国家之间的差距
• • • • • （1）在电主轴的低速大扭矩方面，国外产品低速段的输出扭矩最大可以达到300Nm以 上，而我国目前紧限于100Nm以内。 （2）在高速方面，国外用于加工中心等数控机床用主轴的转速已经达到了75000r/min， 而我国则多在15000r/min以下。 （3）在电主轴的轴承润滑方面，国外已普遍采用油气润滑方法，而我国现在仍然普遍 采用油脂润滑。 （4）在其它与电主轴相关的配套技术方面，如主轴电机矢量控制和交流伺服控制技术、 精确定向（准停）技术、快速起动与停止技术、HSC刀柄制造与应用技术等，仍然不 够成熟，或不能满足实际需要。 （5）在产品品种、数量及制造规模方面，尽管已经有洛阳轴承研究所等数家专业研究、 制造电主轴的企业，但仍然以磨用电主轴为主，在数控机床用电主轴发面，则处于小 量开发试制阶段，还没有形成系列化、专业化和规模化生产，远远不能满足国内市场 日益增长的需要，还不具备与国外产品相抗衡的能力。 数控机床用高速精密电主轴是高速数控设备的首选功能部件，但目前仍处于研制与推 广应用阶段，成为影响数控机床向高性能、高水平、高速度、高精度方向发展的主要 制约因素，需要有关方面的共同努力及国家相关产业政策的有力支持，只有在各功能 部件高水平发展的基础上，我国数控机床的整体水平才能得以提高，才能在加入WTO 之后，我国的机床行业具备与国外相抗衡的能力。
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2、电主轴的优点
• 传统机床主轴是由电机通过中间的传动、变速装置（如皮带、齿轮、 联轴节等）带动主轴旋转而进行工作的，这样的主轴称为分离式主轴， 与此相比，电主轴具有如下优点： • 1）主轴由内装式电机直接驱动，省去了皮带、齿轮、联轴节等中间 传动、变速机构或连接零件，具利用交流变频技术，电主轴可以在额定转速范围内实现无级变速， 以适应机床各种工况和负载变化的需要。 • 3）利用电机矢量控制、伺服控制等技术，不仅可以满足机床强力切 削时低速大扭矩的要求，还可以实现准确的C轴定位及传动的功能， 适应对C轴功能有较高要求的车削、镗铣等加工中心及其它数控机床 的需要。 • 4）与其它形式的主轴相比，电主轴更易于实现高速化，其动态精度 和动态稳定性更好。 • 5）由于没有中间传动环节的外力作用，主轴运行更加平衡，没有冲 击，使得主轴轴承的寿命相应得到了延长。
4、国外电主轴的发展趋势
• 国外电主轴最早用于内圆磨床，80年代末90年代初，随着高速切削技术的发展与需要，逐渐将电主轴应用与加工中 心、数控铣等高档数控机床，成为近年来机床技术所取得的重大成就之一。之后，电主轴技术及其在数控机床中的 应用发展得相当快，很快成为数控机床的最主要功能部件之一，从而出现了为机床主机提供电主轴商品的专业制造 商。世界上生产金属切削设备的多数机床制造商，基本上都有采用电主轴的机床产品，其主要性能指标，尤其是高 速性能较配置普通主轴的机床要优良的多，在几大国际机床展览会所展出的展品中，装备有电主轴的机床数量一届 比一届多，转速亦愈来愈高，已经成为现代高速数控机床的一个重要特征。在2001年4月份的中国国际机床展览会 上，瑞士Mikron展出的高性能加工中心，即装备有Step_Tec制造的转速为20000r/min的电主轴，并可选配 4200r/min的电主轴。目前，电主轴已经成为国外机床最热门的功能部件之一，涌现出许多著名的电主轴专业制造商， 他们生产的机床电主轴产品已经系列化，如德国的GMN、意大利的GAMFIOR 和OMLAT、瑞士的TBAG、 FISCHER等等。随着实际应用的需要和机床技术的进步，对电主轴也提出了越来越高的要求，其发展趋势主要表现 在以下几个方面： （1） 向高速大功率方向发展。随着刀具技术、高速进给技术的进步和发展，要求机床电主轴的转速会越来越高， 1 如意大利的数控铣床用电主轴的最高转速可达到了75000r/min ,功率4kw；德国GMN的数控铣床用电主轴的最高转 速也达到了60000r/min，功率5kw；瑞士Step-Tec的数控铣床用电主轴的最高转速为42000r/min，功率达到13kw。 （2） 向低速大扭矩方向发展。需要数控机床用电主轴在能够实现较高转速的同时，满足低速段具有尽可能大的 输出扭矩；能满足在同一台机床上进行低速重切削和高速精加工的要求。如德国的GMN、意大利的CAMFIOR、瑞 士的Step-Tec等制造商生产的加工中心用电主轴，最高工作转速为12000-16000r/min，其低速段的输出扭矩可达到 200Nm以上。 （3） 向高精度、高刚度方向发展。精密数控机床需要主轴有高的回转精度、高的刚度，因此，要求电主轴采用 精度高、内径尽可能大、高速性能好的轴承和润滑方法，如陶瓷球混合轴承以及油气润滑方法、磁悬浮轴承等。 （4） 向精确准停方向发展。加工中心等数控机床由于自动换刀、刚性攻丝及C轴功能。如德国INDRMAT的主轴 电机能够实现的准停精度为0.001°。 向快速起、停方向发展。为了缩短辅助时间，提高效率，要求数控机床电主轴的起、停时间越短越好，因此需要很 高的起、停加速度。目前，国外电主轴的加、减速度已达到1g以上，全速起、停时间在1s以下。
电主轴的发展历程及其展望
1、概述 2、电主轴的优点 3、我国电主轴的发展现状 4、国外电主轴的发展趋势 5、我国数控机床用电主轴技术与国际先进国家之间的差距
1、概述
• 机床电主轴是“高频电机主轴”或“内装 电机主轴”的简称，又称内装式电机主轴 单元。其主要特征是将电机内置于机床主 轴内部直接驱动主轴，实现电机、主轴一 体化的功能。
3、我国电主轴的发展现状
• 电主轴在我国起步很早，在50年代末60年代初就已将电主轴用于工业 生产中，但多用于专用内圆磨床，而且，磨用电主轴已经形成了系列 化，并具有一定的生产规模。直到90年代中后期，应国内用户需要， 才开始开发其它用途的电主轴，如印制线路板行业钻小孔用高速电主 轴、小型数控铣用电主轴等，这些电主轴的功率、扭矩一般都比较小 （0.2—20kw,0.01—8Nm），主要用于小型专用机床。随着科学的发 展和制造技术的进步，高速切削逐渐成为现代制造技术的发展趋势。 国家“九五”期间，将数控机床用高速、大功率电主轴作为重点科技 攻关项目，由洛阳轴承研究所等单位开发出加工中心等数控机床用高 速电主轴，主轴功率2.5—29kw，扭矩4—86Nm，在数控机床用高速 电主轴开发和应用方面取得了重大突破，并装备了部分国产数控机床。 此外，国内部分机床厂应用户要求，在引起国外电机配件和交流伺服 驱动器的基础上，也研制出加工中心等数控机床用电主轴。但是，无 论从产品水平、种类以及生产规模等方面，与国外相比有着很大差距， 远远不能满足日益发展的国内市场的需要。