數(shù)控機(jī)床高速電主軸技術(shù)及應(yīng)用

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1、數(shù)控機(jī)床高速電主軸技術(shù)及應(yīng)用洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司李彥一、高速電主軸的發(fā)展歷程早在20世紀(jì)50年代，就己出現(xiàn)了用于磨削小孔的高頻電主軸，當(dāng)時(shí)的變頻器采用的是真空電子管，雖然轉(zhuǎn)速高，但傳遞的功率小，轉(zhuǎn)矩也小。隨著高速切削發(fā)展的需要和功率電子器件、微電子器件和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了全固態(tài)元件的變頻器和矢量控制驅(qū)動(dòng)器；加上混合陶瓷球軸承的出現(xiàn)，使得在20世紀(jì)80年代末、90年代初出現(xiàn)了用于銑削、鉆削、加工中心及車削等加工的大功率、大轉(zhuǎn)矩、高轉(zhuǎn)速的電主軸。國(guó)外高速電主軸技術(shù)發(fā)展較快，中等規(guī)格的加工中心的主軸轉(zhuǎn)速目前己普遍達(dá)到10000r/min甚至更高。1976年美國(guó)的Vought

2、公司首次推出一臺(tái)超高速銑床，采用了Bryant內(nèi)裝式電機(jī)主軸系統(tǒng)，最高轉(zhuǎn)速達(dá)到了20,OOOr/min，功率為15KW。到90年代末期，電主軸發(fā)展的水平是:轉(zhuǎn)速40,000r/min，功率40KW(即所謂的“40-40水平”)。但2001年美國(guó)Cincinnati公司為宇航工業(yè)生產(chǎn)了SuperMach大型高速加工中心，其電主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)60,000r/min，功率為80KW。目前世界各主要工業(yè)國(guó)家均有裝備優(yōu)良的專業(yè)電主軸生產(chǎn)廠，批量生產(chǎn)一系列用于加工中心和高速數(shù)控機(jī)床的電主軸。其中最著名的生產(chǎn)廠家有:瑞士的FISCHER公司、IBAG公司和STEP-TEC公司，德國(guó)的GMN公司

3、和FAG公司，美國(guó)的PRECISE公司，意大利的GAMFIOR公司和FOEMAT公司，日本的NSK公司和KOYO公司，以及瑞典的SKF公司等公司。高速電主軸生產(chǎn)技術(shù)的突破，大大推動(dòng)了世界高速加工技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。從80年代中后期以來(lái)，商品化的超高速切削機(jī)床不斷出現(xiàn)，超高速機(jī)床從單一的超高速銑床發(fā)展成為超高速車銑床、鉆銑床乃至各種加工中心等。德國(guó)、美國(guó)、瑞士、英國(guó)、法國(guó)、日本也相繼推出了自己的超高速機(jī)床。其中日本工業(yè)界善于汲取各國(guó)的研究成果并及時(shí)應(yīng)用到新產(chǎn)品開發(fā)中去，尤其在超高速切削機(jī)床的研究和開發(fā)方面后來(lái)居上，現(xiàn)己躍居世界領(lǐng)先地位。日本廠商現(xiàn)己成為世界上超高速機(jī)床的主要提供者。

4、在我國(guó)，也開始有廠家生產(chǎn)超高速機(jī)床。中國(guó)機(jī)床工具行業(yè)近幾年的快速發(fā)展，受到世界機(jī)床制造業(yè)界矚目。代表當(dāng)今機(jī)床技術(shù)發(fā)展主流的數(shù)控機(jī)床，更是異軍突起，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床在高速、多軸、復(fù)合、精密以及自動(dòng)化等方面都取得了明顯的進(jìn)展。尤其在數(shù)控機(jī)床的高速化和品種發(fā)展上進(jìn)步明顯。在CIMT2003屆展會(huì)的高速加工中心展品有305　多臺(tái)，占參展國(guó)產(chǎn)加工中心總數(shù)的30%。在高速加工中心展品中，寧江機(jī)床集團(tuán)公司的NJ-5HMC40臥式加工中心最高主軸轉(zhuǎn)速達(dá)40000r/min，快速行程達(dá)60m/min。在高精度產(chǎn)品中有北京機(jī)床研究所的高速立式加工中心，成都托普數(shù)控機(jī)床公司的PMC600高速立式加工中心

5、，大連機(jī)床集團(tuán)有限公司的DHSC500高速臥式加工中心，沈陽(yáng)機(jī)床股份有限公司的BW60HS/1臥式加工中心等。高速加工機(jī)床的涌現(xiàn)及超高速切削技術(shù)的發(fā)展，帶動(dòng)了相關(guān)技術(shù)及數(shù)控功能部件的專業(yè)化生產(chǎn)。數(shù)控功能部件是指數(shù)控系統(tǒng)、主軸單元、數(shù)控刀架和轉(zhuǎn)臺(tái)、滾珠絲杠副和滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副、刀庫(kù)和機(jī)械手、高速防護(hù)裝置等。它們是數(shù)控機(jī)床的核心組成部分。主機(jī)技術(shù)水平的不斷提高，要求配套的功能部件也必須迅速提高自身的水平。功能部件技術(shù)水平的高低、性能的優(yōu)劣以及整體的社會(huì)配套水平，都直接決定和影響著數(shù)控機(jī)床整機(jī)的技術(shù)水平和性能，也制約著主機(jī)的發(fā)展速度。沒(méi)有高質(zhì)量的功能部件，數(shù)控機(jī)床的迅速發(fā)展也將成為一句

6、空話。國(guó)產(chǎn)電主軸技術(shù)水平的高低必然影響產(chǎn)品在主機(jī)上的應(yīng)用。我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程充分證明，數(shù)控功能部件產(chǎn)業(yè)發(fā)展的滯后，始終是制約我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展的瓶頸問(wèn)題之一。功能部件跟不上，發(fā)展數(shù)控機(jī)床將成為空話。我國(guó)數(shù)控機(jī)床整體技術(shù)水平的發(fā)展和提高，最終離不開先進(jìn)的功能部件產(chǎn)業(yè)的支持。我們要抓住目前的黃金發(fā)展機(jī)遇，學(xué)習(xí)國(guó)外同行的先進(jìn)技術(shù)，探索國(guó)際合作途徑，共同為做大做強(qiáng)數(shù)控功能部件產(chǎn)業(yè)，為國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展而努力奮斗。二、高速電主軸的結(jié)構(gòu)組成數(shù)控機(jī)床的高速主軸具有高回轉(zhuǎn)速度，但這并無(wú)嚴(yán)格的界限。對(duì)作為高速切削機(jī)床代表的加工中心和數(shù)控銑床而言，一般是指最高轉(zhuǎn)速≥10,000r/min的主軸系

7、統(tǒng)，并相應(yīng)具有高的角加(減)速度，以實(shí)現(xiàn)主軸的瞬時(shí)升降速與起停。為適應(yīng)制造業(yè)對(duì)機(jī)床加工精度愈來(lái)愈高的要求，高速切削主軸還應(yīng)有較高的回轉(zhuǎn)精度，通常要求主軸的徑向跳動(dòng)小于1或2μm，軸向竄動(dòng)小于1μm。此外，主軸也要有足夠的靜、動(dòng)剛度，以承受一定的切削負(fù)荷和保持高的回轉(zhuǎn)精度。高速電主軸是高速機(jī)床的核心部件，它將機(jī)床主軸與變頻電機(jī)軸合二為一，即將主軸電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子直接裝入主軸組件內(nèi)部，也被稱為內(nèi)裝式電主軸（builtinmotorspindle），其間不再使用皮帶或齒輪傳動(dòng)副，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)床主軸系