高速電主軸：讓數控機床擁有一顆強悍的心

高速加工技術(shù)以其生產(chǎn)效率高、加工精度大、加工成本低等優(yōu)勢，近年來(lái)廣受人們的關(guān)注，被譽(yù)為是21世紀最具發(fā)展前景的先進(jìn)制造技術(shù)之一。繼數控加工技術(shù)之后，高速加工技術(shù)在制造業(yè)領(lǐng)域正在掀起又一次重大變革，并將左右未來(lái)工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展趨勢。要實(shí)現高速加工，擁有更高的切削速度是不可或缺的前提條件，而為高速切削工具提供驅動(dòng)力的高速電主軸，在其中扮演著(zhù)最為關(guān)鍵的角色。作為整個(gè)高速加工技術(shù)的核心功能部件，高速電主軸在現代數控機床領(lǐng)域，正得到越來(lái)越廣泛的推廣應用。

高速電主軸技術(shù)概述

高速電主軸（簡(jiǎn)稱(chēng)電主軸）技術(shù)是一種通過(guò)將電動(dòng)機轉子直接作為機床主軸，從而實(shí)現數控機床主軸部件與主軸電機融為一體的新技術(shù)。實(shí)際工作中，空心的電動(dòng)機轉子直接安裝在主軸之上，定子通過(guò)冷卻套固定在主軸箱體孔內，形成一個(gè)完整的主軸單元，由后轉子帶動(dòng)主軸運轉。主軸無(wú)需任何機械連接，實(shí)現了機床的“零傳動(dòng)”，只要改變供電頻率，即可實(shí)現主軸調速。

電主軸與傳統的機床主軸相比，結構更加緊湊、重量也更輕盈，工作時(shí)轉速更高、功率更大、具有更快的響應速度，制造的噪音也比傳統主軸要低得多。這種單元化結構極大地簡(jiǎn)化了機床設計，易于定位，是一種比較理想的結構。在數控機床領(lǐng)域，這一技術(shù)與直線(xiàn)電機技術(shù)、高速刀具技術(shù)一起，將高速加工工藝水品推上了一個(gè)新的高度。

我國對數控機床電主軸的使用研究起步于1998年，目前與國外先進(jìn)技術(shù)還有一定的差距，尚未形成批量自主生產(chǎn)規模。

相關(guān)高科技應用

高速電主軸對其軸承和電機性能有著(zhù)非常嚴格，甚至是苛刻的要求。

軸承需要具備良好的剛性、抗阻尼性和較長(cháng)的使用壽命。通常有動(dòng)靜壓軸承、復合陶瓷軸承或是電磁懸浮軸承三種選擇。其中，復合陶瓷軸承使用熱壓陶瓷球以及鋼制軸承套圈，因其耐熱耐磨，且標準化高、易于維護，在電主軸單元中應用最為廣泛。而電磁懸浮軸承雖然高速性能好、精度高、便于顯現監控，但由于構造和系統過(guò)于復雜，制造成本較高，價(jià)格長(cháng)期居高不下，因此還沒(méi)有得到廣泛推廣。

由于與電動(dòng)機融為一體，電主軸本身也可以看做是一臺高速電動(dòng)機，結構上可以有多種不同形式，如感應電機、永磁電機和磁阻電機等，其關(guān)鍵技術(shù)是高速度下的動(dòng)平衡。

電主軸主要附件配備

一套完整的電主軸系統除了包括主軸本身外，還應包括高頻變頻裝置、油霧潤滑器、冷卻裝置、內置脈沖編碼器、換刀裝置等主要的相關(guān)附件。

高頻變頻裝置：要提升加工速度，必須保證電主軸的高速旋轉，從而帶動(dòng)切削工具高速運轉。需要有一臺設備來(lái)作為電主軸內置高速電動(dòng)機的驅動(dòng)裝置，使其轉速達到每分鐘幾萬(wàn)甚至是十幾萬(wàn)次，高頻變頻裝置的作用即在于此。為完成目標，高頻變頻器的輸出頻率必須要達到幾千赫茲以上。

油霧潤滑器：良好的潤滑度可以降低設備運行的阻力、磨損和發(fā)熱等情況。電主軸的潤滑需要嚴格遵循定時(shí)定量的原則，即每隔固定的一段時(shí)間，就向軸承內注油一次。注油時(shí)，潤滑油在壓縮空氣的攜帶之下，以油霧的形態(tài)被吹入軸承內，注油量的多少則是由定量閥進(jìn)行精確地控制，過(guò)多或是過(guò)少都會(huì )造成不利的影響。

冷卻裝置：如果工作時(shí)電主軸溫度過(guò)高，會(huì )對設備造成傷害，為了給高速運行的電主軸散熱，盡快降低工作溫度，通常須要使用循環(huán)冷卻劑。循環(huán)冷卻劑作用于電主軸外壁，并帶走電主軸的部分熱量。但如果冷卻劑吸熱后溫度升高，就起不到冷卻作用了。而冷卻裝置的存在意義就在于保持冷卻劑的原始溫度，強化冷卻效果。

內置脈沖編碼器：這是一種采用光學(xué)傳感器原理的位置檢測元件，可以實(shí)現非接觸式的檢測。編碼盤(pán)安裝在電機的旋轉軸上，在旋轉中將會(huì )自動(dòng)測定軸旋轉的角度、位置及速度變化，并將檢測結果以電脈沖形式輸出。這種檢測方式的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有摩擦和磨損，只需要較小的驅動(dòng)力，卻可以得到最精確的檢測結果和最快的響應速度，從而實(shí)現電主軸準確的旋轉相角控制以及與進(jìn)給的配合。

自動(dòng)換刀裝置：為實(shí)現對各種加工材料和工藝的靈活適應及快速響應，電主軸配備了自動(dòng)換刀裝置，可依據不同情況自動(dòng)選擇最高效、最合理的切削設備。自動(dòng)換刀裝置是由碟形簧、拉刀油缸等部件組成的。經(jīng)實(shí)踐證明，HSK、SKI等高速刀具更適用于高速加工工藝。

如果說(shuō)，高速加工設備以其遠遠超越傳統加工設備的加工速度，堪稱(chēng)是現代制造業(yè)中的“運動(dòng)健將”，那么，高速電主軸無(wú)疑就是這位“運動(dòng)健將”的心臟，為其帶來(lái)強悍的驅動(dòng)力。對高速電主軸技術(shù)的完善，是實(shí)現制造業(yè)高速化、精確化革命的關(guān)鍵一環(huán)，是工業(yè)制造業(yè)水品緊跟時(shí)代的重要標志，必須得到我們的重視。