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數(shù)控機床--電主軸

日期：2009年11月04　來源：沈陽第一機床廠　關(guān)鍵字：數(shù)控機床
    高速數(shù)控機床主傳動的機械結(jié)構(gòu)已得到極大的簡化，基本上取消了帶傳動和齒輪傳動。機床主軸由內(nèi)裝式電動機直接驅(qū)動，從而把機床主傳動鏈的長度縮短為零，實現(xiàn)了機床的‘，零傳動”。這種主軸電動機與機床主軸“合二為一”的傳動結(jié)構(gòu)形式，使主軸部件從機床的傳動系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中相對獨立出來，因此可做成“主軸單元”，也稱做“電主軸”。高速電主軸系統(tǒng)是數(shù)控機床三人高新技術(shù)之—。其英文稱謂有多種，如Eleetrospindle、MotorSpindle和MotorizedSpindle等。由于在土軸電動機與機床主軸之間沒有中間傳動環(huán)節(jié)，電主軸又被稱為DirectDriveSpindle(自接傳動主軸)。顯然，實現(xiàn)了零傳動的電主軸至少在以下三個方面顯示丁它的優(yōu)勢：
    (1)避免了齒輪、皮帶等傳統(tǒng)傳動形式在高
速工作狀態(tài)下產(chǎn)生的振動和噪聲，以及由此對加下精度、表面粗糙度產(chǎn)生的負(fù)面影響；
    (2)極大地減小廠主傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量，從而為主軸的高加速度創(chuàng)造了條件：
    (3)結(jié)構(gòu)的簡化和長度的縮短，顯著提高電主軸的剛度和固有頻率，從而提高了臨界轉(zhuǎn)速，為卞軸轉(zhuǎn)速的提高打開了上限。隨著數(shù)控拄術(shù)及切削刀旦的飛旺甘腮．械坐越多的機械制造裝備不斷地向高速、高精、高效、高智能化發(fā)展，電主軸已成為員能適宜各種高性能、復(fù)雜工況的數(shù)控機床的核心功能部件之一，尤其在多軸聯(lián)動、多面體加工、并聯(lián)機床、復(fù)合加下機床等睹多先進產(chǎn)品中，內(nèi)裝式電主軸的優(yōu)異特點是其他類型主軸單元所不能替代的。高速、高精度電主軸起源于內(nèi)表面磨削行業(yè)。以內(nèi)表面磨加上為土導(dǎo)的軸承制造業(yè)對此需求較為迫切。
    20世紀(jì)60年代我國電主軸行業(yè)處于萌芽期，主要是仿制歐美及前蘇聯(lián)的桿機”1958年，洛陽軸承研究所和哈爾濱軸承廠經(jīng)過聯(lián)合攻關(guān)，  排；設(shè)計和制造出我國首臺內(nèi)圓磨床川數(shù)控機床電主軸，其轉(zhuǎn)速為30 000460 000r／min，功率為60kW。?0年代，我國第—代自行設(shè)汁、自行刀；發(fā)的磨床用電主軸問世，軸承行業(yè)稱之為DZ系列。該系列電主軸裝備了我國第一代全自動軸承內(nèi)表面磨床，它的誕生標(biāo)志著我國35m／s內(nèi)圓磨床線速度的建立。
    80年代，以GDZ系列電主軸為代表的高速、大功率電主軸問世了，這一系列的電t軸將同速度等級的電主軸的功率提升f 50％，軸徑增加了5mm，與3MZ軸承專用內(nèi)徑磨床配套，其苧效苧嚴(yán)增加了1倍。90年代，洛陽軸承研究所開發(fā)了2GDZ系列超大功率、超大剛度磨床用電主軸，數(shù)控機床廠開發(fā)了5SD系列磨床用電主軸。近年來，隨著油氣潤滑技術(shù)、恒溫冷卻嚴(yán)嚴(yán)瓷苧軸承等新技術(shù)的發(fā)展為電主軸技術(shù)水平的提高創(chuàng)造了有利條件。同時，由于我國機械加I行業(yè)高速切削技術(shù)發(fā)展的需要，電主軸技術(shù)開始走出軸承行業(yè)，擴腿到高速數(shù)控銑，產(chǎn)速雕苧：高速試驗、高速離心、高速旋輾和PCB電路板高速孔加工等領(lǐng)域，成為數(shù)控機床的主要功能部件。
    90年代末以來，洛陽軸承研究所承接了國家“九2z'’、  “十五”科技攻關(guān)重點項目，首先通過和國外先進廠家的合作，逐步白行開發(fā)研制加工中心用內(nèi)裝式電主軸，經(jīng)國內(nèi)許多機床廠家實際使用，取得很好的效果，為數(shù)控機床加工小扒U十軸同產(chǎn)化做出了貞獻。    
    目前在高速精密電主軸領(lǐng)域，T•業(yè)發(fā)達國家處于領(lǐng)先地位。瑞上Fischer公司、IBAG公司，德國GMN公司、Siemens公司、Hofer公司，意人利Faemat公司、Gamfior公司，夾囤Ingersoll公司，日本Okuma公司和Fanuc公司等代表了該領(lǐng)域的世界先進水牛。套簡直徑32二320aun、轉(zhuǎn)速10 0004200 000r／rain、功率0．5r-80kW、扭矩0．1～300N•m，涵蓋／／Le稈規(guī)格。國外電主軸的主要特點如下‘
    (1)功率大、轉(zhuǎn)速高
    目前單獨實現(xiàn)電七軸的高轉(zhuǎn)速或大功率在技術(shù)上已經(jīng)不存在難題，但要同時實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速和大功率，則存在相當(dāng)?shù)募夹g(shù)難度。圍繞滇技術(shù)，世界各國的公司展開了激烈競爭。在表5—1中列舉了國內(nèi)外幾家著名公司生產(chǎn)的加工中心用電主軸的功率和轉(zhuǎn)速的配套技術(shù)指標(biāo)，從中町看出國內(nèi)外電主軸的技術(shù)差距。
    （2）采用高速高剛度軸承
    國外高速精密主軸人量采用高速高剛度軸承，土要有陶瓷軸承和液體動靜壓軸承，特殊場合采用空氣潤滑軸承和磁懸浮軸承。GMN和Gamfior等公司J‘泛采用氮化硅陶瓷苧的1岜合陶瓷軸承；美國Ingersoll公司采用液體動靜壓軸承，最高轉(zhuǎn)速達到40 000r／rain；HX~Sei千公司采用空氣潤滑軸承，最高轉(zhuǎn)速達到50 000r／min：瑞士IBAG公司磁懸浮軸承最高到200000r／mm。目前國內(nèi)高速電主軸用軸承主要依賴進口，也有一部分采用國產(chǎn)的鋼質(zhì)角接觸球軸承，但工竹；壽命有待進  步提高。國外高速精密電土軸秈承的d•。一般都在100萬U亡，其中磁懸浮軸承的d•n值在400萬以上。國內(nèi)電工軸的(／•n值削V  般不超過100萬，個別電主軸產(chǎn)品的d•n值雖能達到100萬，但其功率低十5kW。
    (3)精密加丁與精密裝配l：藝水平高
    精密加工和精密裝kdT藝是電立軸的核心技術(shù)之—。電主軸的義罐車件(如上軸、葙件、前后軸承蓋等)的制造工藝要求非常高。為了保證電主軸在高速運轉(zhuǎn)時的回轉(zhuǎn)精度和剛度，這些數(shù)控機床的關(guān)鍵零件必須進行精密加工或超精密加工，其尺寸誤差’般在微米級或更小；對同軸度、垂直度和表面粗糙度也都有極嚴(yán)格的要求。為了制造這些高精度零件，國外電主軸的專業(yè)制造／．都裝備有成套的高精度加廠設(shè)備，如高精度數(shù)控車削中心、精密數(shù)控外圓磨床、高精度加丁中心、高精度數(shù)控內(nèi)圓磨床和精密十心孔磨床等，同時還配備了高精度測試設(shè)備。們足在國內(nèi)，如陶瓷軸承、異步型電動機轉(zhuǎn)子等電土軸的關(guān)鍵零什制造中的關(guān)鍵問題還沒有得到很好的解決，  自接影響了電芋秈的艷體顧量和制造水平。
    (4)配套控制系統(tǒng)水甲高
    這些控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)于自動平衡系統(tǒng)、軸承油氣潤滑與精密控制系統(tǒng)、定冊子冷卻溫煌精密控制系統(tǒng)、主軸變形溫度補償精密控制系統(tǒng)等。例如，瑞十Fischer公司和德國Hofmmm 公司生產(chǎn)電乍軸配套的在線自動平衡系統(tǒng)，可以在線自動校止偏心，人幅度降低電主軸高速 廠況下的振動：SKF公司和NSK公司生產(chǎn)的軸承油氣潤滑系統(tǒng)，可以通過定時定量控制汕氣量保證軸承的潤滑和溫升控制在正常水平。

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