張開(kāi)洪，張景源（沈陽(yáng)機(jī)床股份有限公司，沈陽(yáng)　110141）

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數(shù)控機(jī)床高速電主軸技術(shù)及應(yīng)用分析

張開(kāi)洪，張景源
（沈陽(yáng)機(jī)床股份有限公司，沈陽(yáng)110141）

摘要：眾所周知高速機(jī)床最重要的部分是高速電主軸部件，它對(duì)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)步有比較大的影響，數(shù)控機(jī)床的改進(jìn)首先要從高速電主軸的研發(fā)開(kāi)始。這篇論文主要介紹了高速電主軸結(jié)構(gòu)方面的構(gòu)成以及其逐步發(fā)展的過(guò)程，同時(shí)著重強(qiáng)調(diào)了高速電主軸對(duì)數(shù)控機(jī)床技術(shù)進(jìn)步不可忽視的作用。為此我們應(yīng)該著大力發(fā)展高速電主軸技術(shù)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；高速電主軸；進(jìn)步；技術(shù)

1　高速電主軸的發(fā)展過(guò)程

在上個(gè)世紀(jì)50年代左右，已經(jīng)研制出了真空電子管作為變頻器的高頻電主軸。它的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)速很大，缺點(diǎn)是傳遞的轉(zhuǎn)矩和功率太小。隨著計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來(lái)，在上個(gè)世紀(jì)末研制出了用于車(chē)削、鉆削等工藝的高頻電主軸。

現(xiàn)如今世界上的大部分工業(yè)國(guó)家都具有生產(chǎn)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(guó)的PRECISE等公司。至于超高速機(jī)床的的發(fā)展則更突顯一個(gè)國(guó)家的科技實(shí)力，而日本則是其中的佼佼者。同時(shí)我國(guó)的超高速機(jī)床也開(kāi)始了飛速發(fā)展，取得了令世界震驚的發(fā)展，主要表現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床的高速化和種類(lèi)多樣化。在高速化方面，寧江機(jī)床公司研發(fā)的NJ-5HMC40臥式加工中心的最大主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到了40000r/min。在上個(gè)世紀(jì)的高速切削機(jī)床的發(fā)展中，日本因?yàn)樽约旱拿褡逄厣?，不斷吸收其他?guó)家的先進(jìn)技術(shù)，通過(guò)國(guó)內(nèi)的消化吸收達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，在世界市場(chǎng)上占據(jù)了一席之地。我國(guó)在這方面的發(fā)展起步較晚，導(dǎo)致我國(guó)數(shù)控機(jī)床很大程度依賴(lài)國(guó)外的技術(shù)。但是通過(guò)相關(guān)技術(shù)人才的不斷努力，在高速、多軸等方面也取得了巨大的進(jìn)步。在CIMI2003屆展會(huì)上，國(guó)產(chǎn)的地30多臺(tái)，這是一個(gè)十分巨大的進(jìn)步。與此同時(shí)我們應(yīng)該繼續(xù)加大重要部件的研發(fā)力度，尤其是資金和人才方面的投入，學(xué)習(xí)國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，少走彎路，為國(guó)家數(shù)控機(jī)床在全世界同類(lèi)型產(chǎn)品中的崛起努力。

2　高速電主軸的構(gòu)成

現(xiàn)代加工制造業(yè)對(duì)零件加工方面的要求與日俱增，生產(chǎn)中加工中心擁有的高速切削機(jī)床指的是最大轉(zhuǎn)速大于10000r/min的高速電主軸系統(tǒng)。同時(shí)高速切削主軸也需要有較大的回轉(zhuǎn)精度以及靜和動(dòng)剛度。

高速機(jī)床最重要的部分高速高速電動(dòng)主軸部件，它起到將機(jī)床的主軸和變頻電機(jī)合到一起的作用，意思就是將主軸的電機(jī)中的轉(zhuǎn)子、定子等部件加到主軸里面。這樣的機(jī)構(gòu)連接不易松動(dòng)，質(zhì)量方面減低不少，還能快速響應(yīng)，噪音也很小，十分符合現(xiàn)代生產(chǎn)制造的要求。

高速主軸的一個(gè)單元部分主要包括動(dòng)力源、軸承、主軸、和機(jī)架。這四個(gè)重要部件組成了一個(gè)十分平穩(wěn)的體系，基本上滿(mǎn)足了加工需要的各種要求。同時(shí)它的優(yōu)異主要由主軸的取材的質(zhì)量、結(jié)構(gòu)好壞、產(chǎn)生噪聲大小等決定。因此市場(chǎng)上電主軸方面的技術(shù)更加普遍。

在生產(chǎn)實(shí)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(shí)主軸應(yīng)該具有非常良好的抵抗震動(dòng)的特性。當(dāng)處于很大速度的情況時(shí)，選擇電主軸是十分必要的。電主軸體系的幾項(xiàng)要求十分必要。比如它軸承的質(zhì)量等，如果質(zhì)量太差，導(dǎo)致使用時(shí)間縮短就會(huì)影響生產(chǎn)。還有就是電主軸在受到單個(gè)徑向力時(shí)有多大的位移，這對(duì)生產(chǎn)時(shí)的精度影響十分明顯。在以往有關(guān)主軸方面的技術(shù)中往往缺少必須的計(jì)算，導(dǎo)致生產(chǎn)成本的大幅度上升。如今的主軸生產(chǎn)便克服了這一問(wèn)題，因此適應(yīng)制造業(yè)的發(fā)展，為社會(huì)的進(jìn)步提供了技術(shù)方面的支持。

3　國(guó)外高速電主軸的一些特性

只有充分了解國(guó)外的電主軸技術(shù)，才能為我國(guó)的電主軸發(fā)展獻(xiàn)策獻(xiàn)力，貢獻(xiàn)力量。其主要的特性有（1）關(guān)于如何同時(shí)實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)速和大功率的要求。這在國(guó)際上是一個(gè)難題，國(guó)際的許多科研所都在大力攻關(guān)，國(guó)內(nèi)已經(jīng)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(shù)控機(jī)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(huì)造成機(jī)器工作不穩(wěn)定，縮短機(jī)器的壽命。國(guó)外的許多電主軸工廠(chǎng)都有十分精密的設(shè)備，為其本國(guó)的機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展奠定了十分堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，但是我們國(guó)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(fā)達(dá)國(guó)家的機(jī)械鑄造工藝十分發(fā)達(dá)，因此可以加工出高剛度的軸承。瑞士一個(gè)公司的磁懸浮軸承的轉(zhuǎn)速達(dá)到了200000r/min。但是國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展尚未滿(mǎn)足生產(chǎn)的要求，許多的軸承只能進(jìn)口。（4）一個(gè)技術(shù)的成熟同時(shí)也體現(xiàn)在其配套體系的成熟與否。國(guó)外的自動(dòng)平衡系統(tǒng)、主軸變形溫度補(bǔ)償精密系統(tǒng)等都比我國(guó)的要先進(jìn)許多，因此我國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)還很激烈，。比如德國(guó)一個(gè)公司的在線(xiàn)自動(dòng)平衡系統(tǒng)可以十分明顯的減輕電主軸的振動(dòng)情況。

4　高速電主軸對(duì)數(shù)控機(jī)床的作用

現(xiàn)代社會(huì)工業(yè)生產(chǎn)的集成度越來(lái)越高，人工操作的地方越來(lái)越少。因此形成體系的電主軸更具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，降低工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，可以更好的滿(mǎn)足社會(huì)的各種要求，為社會(huì)的發(fā)展服務(wù)。當(dāng)電主軸應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床時(shí)，因?yàn)槠浔旧砭哂械膬?yōu)勢(shì)使機(jī)床的生產(chǎn)活動(dòng)更加的平穩(wěn)，很少發(fā)生故障，極大地滿(mǎn)足了當(dāng)今快速生產(chǎn)的需求，帶來(lái)極大地經(jīng)濟(jì)效益。電主軸在并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床的生產(chǎn)活動(dòng)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(dòng)性”的要求深入落實(shí)，需要電動(dòng)機(jī)安裝到電主軸的體系內(nèi)。它與閉環(huán)矢量控制、電機(jī)變頻等應(yīng)用到一起，讓車(chē)削、鉆削等技術(shù)的精度更加符合要求?，F(xiàn)如今的機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)遇到了許多的瓶頸，而高速加工的出現(xiàn)正好解決了這些困難，取得了零件加工的巨大進(jìn)步。正是由于金屬切削加工的巨大優(yōu)勢(shì)，讓全世界的制造業(yè)發(fā)展再次上了一個(gè)臺(tái)階。當(dāng)今社會(huì)的高精尖設(shè)備的重要部件都離不開(kāi)高檔數(shù)控機(jī)床的作用。電主軸技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)上了一個(gè)快車(chē)道，哪個(gè)國(guó)家可以在核心技術(shù)方面取得重大突破，都將引領(lǐng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的潮流。作為當(dāng)代中國(guó)發(fā)展的后備力量，我們應(yīng)該努力學(xué)習(xí)相關(guān)技術(shù)，彌補(bǔ)我國(guó)在相關(guān)技術(shù)方面的先天不足，為電主軸技術(shù)的發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。

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

作者簡(jiǎn)介：張開(kāi)洪，男，主要從事機(jī)械加工工藝和機(jī)床裝配工藝的工作。