磨床新型主轴的应用

精密制造与自动化 2019年第1期
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磨床新型主轴的应用
王素保 张占锋 皇甫兵
（新乡日升数控轴承装备股份有限公司 河南新乡 453700）
摘 要 磨床主轴精度对提高轴承磨削精度、效率有显著的影响，同时对磨床绿色低碳可持续发展有重要意义。

介绍了新型永磁同步电主轴代替传统的机械主轴，在机械结构、磨削精度、效率、维护等方面有较大作用；油脂润滑电主轴代替油雾润滑电主轴在节约成本，改善环境有较大作用。

关键词 磨床 节能 永磁同步电主轴 油脂润滑电主轴
主轴是磨床核心部件，其工作性能直接影响到加工质量(包括几何精度、表面粗糙度)和机床生产效率。

同时主轴运动是主运动，其运动速度高，消耗功率大，因此在当今各行业倡导绿色低碳发展时，对主轴提出更高要求。

随着技术进步，开发出新型永磁同步电主轴和油脂润滑电主轴，由于其自身的优势，代替传统机械轴开始应用到轴承制造装备行业，比如：工件轴、砂轮轴等。

这两种电主轴的应用对提高磨床装备磨削效率、加工精度，降低振动、节能降耗有重要的意义。

1 常规机械主轴（工件轴和砂轮轴）传动结构
常规机械主轴（工件轴和砂轮轴）传动结构如图1 所示。

图1 机械主轴传动示意图
主轴上安装圆柱滚子轴承和角接触球轴承，通过螺母和端盖预紧，消除间隙保证主轴的回转精度，在后端装有主轴皮带轮，它们整体固定到主轴箱中，在主轴箱上面安装有感应异步电动机，上面装有电机皮带轮，通过皮带将动力由电机传到主轴上，从而带动主轴及砂轮、工件旋转磨削工件。

这种方式传动链长，影响砂轮、工件旋转精度因素多，电机运转时的振动和皮带的抖动都会直接传到主轴上，对精密磨削来说是一个不容忽视的不利因素；同时皮带传动的张紧力作用到后端轴承上，使后端轴承增加额外的径向力，进而影响到轴承的寿命。

2 永磁同步电主轴 永磁同步电主轴（以下简称同步轴）是将永磁
同步电机与机床主轴直接融为一体的新技术，如图
2所示。

图2 永磁同步电主轴传动示意图
圆柱滚子轴承 皮带
角接触球轴承 砂轮 感应异步电动机 主轴皮带轮
电机皮带轮
调节螺钉
电机定子
电机转子
砂轮 主轴 角接触球轴承
圆柱滚子轴承
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主轴由内装同步电机直接驱动，与常规主轴传动结构相比具有如下特点：
(1）机床传动链缩短，传动误差小。

省去了皮带、电机皮带轮、主轴皮带轮、皮带调节装置等中间传动部分零件，零件种类和数量明显减少，电机对主轴实现直接驱动，主轴振动明显降低， 工件表面粗糙度明显提高。

(2)安装维护方便。

由于省去了中间传动零件，只需将同步轴直接安装到箱体中，不需调节皮带及进行皮带轮平衡，后期维护只需交给专业厂家维修。

(3)功率比大，恒转矩范围宽，响应速度快，节能效果好。

由于采用同步轴，电机无需励磁电流，功率密度大，功率因数接近1，恒转矩范围宽，同
体积下，比异步电机节能。

(4)扩大机床强力磨削和高速精密磨削的能力。

由于采用同步轴，电机在零速到额定转速范围内严格的恒扭矩输出，额定转速到最高转速之间严格的恒功率输出，因此在负载波动的情况下同样有较高的转速稳定性，保证砂轮轴匀速转动，提高磨削效率。

综合以上特点，公司生产的3MK136B 、3MK1310B 、3MK1320B 三种数控轴承磨床机床率先使用同步轴，并且已在用户中批量磨削，以3MK1310B 磨削6314轴承内圈沟为例，在磨削精度、效率、节能降耗等方面均有较大提高。

同步轴与常规主轴磨削精度比较见表1所示。

表1 同步电主轴和常规主轴精度的对比
从上表可以看出，使用同步轴后内圈沟圆度提高13%，且稳定性增强，无偶尔超差现象；粗糙度Ra 提高16%，磨削余量增大30%以上，磨削时间节省18%以上，节约能源12%以上。

使用同步轴结构的各项指标均高于常规主轴结构。

3 油脂润滑电主轴
在磨削轴承内径及外圈沟时，由于砂轮直径小，需要采用高转速电主轴，同时需要润滑系统对主轴轴承润滑和冷却，而传统油雾或油气润滑系统需要有空压机提供气源和油雾或油气润滑装置，并且主
轴排出的尾气对工作场地空气污染严重。

在节能环保产业转型升级的形势下，油脂润滑电主轴应用到轴承装备行业无疑又是一次新的工艺，使用该轴无需润滑系统，一次填脂，使用过程中不用加脂维护。

省去了压力气源和润滑装置。

油脂润滑电主轴和油雾或油气润滑电主轴性能对比见表2所示。

从表2可以看出，在加工精度相同情况下，油脂润滑电主轴无论从能源损耗、使用成本和维护成本上都比油雾或油气润滑电主轴低，并且没有环境污染、噪音低等特点。

表2 油脂润滑电主轴和油雾或油气润滑电主轴性能对比
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4 结语
磨床采用永磁同步电主轴和油脂润滑电主轴对
高精高效磨削有显著的作用，同时也符合国家提出
的环境友好、资源节约型的社会政策，必将会在磨
床装备行业有广泛的应用。

随着技术进步会有更多
的新工艺应用到磨床装备行业，对磨床制造产业转
型升级起重要作用。

(上接第22页)
图3 工装示意图
4 结语
本文阐述了无骨架线圈性能优劣的评定方法，
绕制过程和注意事项，说明提高排线机构的精度和
选用合适的张力器、绕线工装、固定绕制初始位置
(上接第51页)
从表中可以看出，改善后的平衡率、生产周期、
增值比例得到了明显的提升，并且实现了生产线单
日产量满足客户需求数量。

5 结语
通过本次改善案例可以看出价值流图分析在对
现场生产流程改善、优化工艺、提升生产线整体效
益等方面具有较大的优势，本文采用的方法简单、
实用，在不给企业带来太多的额外投入的情况下，
实现了生产线效益的大幅度提升。

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