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當(dāng)前位置：作為每臺數(shù)控機床的核心部件之一，主軸必須在高濕度、多粉塵、大溫差等苛刻環(huán)境中長期服役。不但要滿足高精度的加工需求，還要能持續(xù)穩(wěn)定地日夜運行，這也是每顆主軸的價值所在。 那么，機床主軸是怎么加工出來的?我們通過一個視頻來了解一下。
機床主軸是機床的核心部件，其功能是帶動刀具(砂輪)或工件旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)高速精密加工。隨著現(xiàn)代工業(yè)對機床加工精度和加工效率要求的不斷提高，機床對主軸性能的要求也越來越高，傳統(tǒng)的高速主軸概念已難以充分描述機床主軸的技術(shù)內(nèi)涵。高性能機床主軸是指在滿足加工精度和加工效率的前提下，速度、精度、剛度、功率、轉(zhuǎn)矩匹配特性好，可靠性高，性能價格比高的機床主軸。
機床主軸按所采用的軸承類型可分為滾動軸承(角接觸球軸承、滾子軸承)、液體滑動軸承(動壓軸承、靜壓軸承、動靜壓軸承)、氣體軸承和磁懸浮軸承等，按照與電動機的連接方式可分為機械主軸和電主軸。
電主軸是將機床主軸功能與電動機功能從結(jié)構(gòu)上融為一體的新型主軸部件，它省去了皮帶傳動或齒輪傳動環(huán)節(jié)，具有速度高、精度高、調(diào)速范圍寬、振動噪聲小、可快速起動和準(zhǔn)停等優(yōu)點。用電主軸取代傳統(tǒng)機械主軸是機床工業(yè)發(fā)展的大趨勢。電主軸按照電動機的類型又可分為異步型電主軸和永磁同步型電主軸。
從機床行業(yè)的客觀需求來看，角接觸球軸承電主軸、液體(動)靜壓軸承電主軸和氣體軸承電主軸既是市場開發(fā)的重點，也是學(xué)術(shù)研究的熱點。角接觸球軸承是最適宜高速化的滾動軸承，具有摩擦阻力小、功耗小、成本低、便于系列化和標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點，其極限轉(zhuǎn)速高、精度高、剛度高，在加工中心、數(shù)控銑床、車床、內(nèi)圓磨床和高速雕銑機中獲得了廣泛應(yīng)用，其主要技術(shù)難點在于提高精度壽命和可靠性。液體(動)靜壓主軸以液態(tài)“油膜”作為支撐，具有顯著的“誤差均化效應(yīng)”和阻尼減振性，回轉(zhuǎn)精度遠(yuǎn)高于滾動軸承式主軸，其剛度高，磨損小，壽命長，在精密超精密機床上獲得了廣泛應(yīng)用，其主要技術(shù)難點在于控制高速時主軸的溫升和熱變形。氣體軸承電主軸以“氣膜”作為支撐，回轉(zhuǎn)精度和極限轉(zhuǎn)速高于液體(動)靜壓電主軸和滾動軸承式電主軸，其熱穩(wěn)定性好，是超精密機床和印刷電路板(PCD)鉆床不可或缺的核心部件，其不足之處在于承載能力低，工藝要求高。
磁懸浮軸承也是一類重要的主軸支撐方式，極限轉(zhuǎn)速高，運轉(zhuǎn)過程中無磨損，其技術(shù)難點在于如何提高動剛度和阻尼減振性能，在實現(xiàn)高速的同時保證高加工精度。磁懸浮主軸的核心研究內(nèi)容是機械系統(tǒng)特性和電磁特性的控制問題。
存在的問題
1.產(chǎn)業(yè)(市場)層面存在的問題
(1)超精密機床電主軸是未來國際機床市場競爭的焦點，形成較大規(guī)模的市場還有一個培育期。超精密機床電主軸的產(chǎn)值雖然不大，但是對國防工業(yè)、航空航天工業(yè)和精密儀器儀表工業(yè)的支撐作用明顯。目前我國在該領(lǐng)域與日本、德國、英國和美國等先進國家的差距較大，僅有少量機型的研制開發(fā)能力，還沒有形成批量生產(chǎn)的能力。超精密機床電主軸領(lǐng)域的技術(shù)儲備不足和人才匱乏，將導(dǎo)致我國在未來產(chǎn)業(yè)競爭中再次處于劣勢。國家政府部門、機床行業(yè)協(xié)會、企業(yè)界和學(xué)術(shù)界都須要從戰(zhàn)略上更加重視超精密機床電主軸技術(shù)的投入，避免將來陷入被動。
(2)中高檔電主軸領(lǐng)域，國內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)能力遠(yuǎn)不能滿足市場需求。除了部分機床主機廠自行生產(chǎn)主軸外，相當(dāng)一部分市場由國外和中國臺灣的主軸產(chǎn)品所占領(lǐng)。國產(chǎn)電主軸多數(shù)為開環(huán)控制式磨用電主軸、銑用電主軸和鉆削用電主軸，高檔的閉環(huán)式加工中心電主軸多數(shù)還要依靠進口來補充。我國主軸功能部件企業(yè)的配套能力不足，反應(yīng)出我國電主軸產(chǎn)業(yè)集中度不高，規(guī)模效應(yīng)尚未形成。
2. 技術(shù)層面存在的問題
(1)缺少系統(tǒng)化的技術(shù)開發(fā)和設(shè)計制造能力。電主軸動態(tài)熱態(tài)特性優(yōu)化設(shè)計、精密加工工藝、精密裝配工藝、精密測試技術(shù)和故障損傷防治技術(shù)等，難以全面實施。
(2)數(shù)控系統(tǒng)與驅(qū)動系統(tǒng)的通訊，直接影響加工中心和數(shù)控銑床電主軸的推廣應(yīng)用。目前國內(nèi)多數(shù)電主軸采用異步主軸電動機加編碼器和驅(qū)動控制器來實現(xiàn)閉環(huán)控制，由于進口數(shù)控系統(tǒng)與國產(chǎn)主軸系統(tǒng)數(shù)字通信接口問題尚未解決，因此制約著國產(chǎn)加工中心用電主軸在金切機床行業(yè)中的推廣應(yīng)用。另外因得不到工程應(yīng)用的反饋，反過來也制約了我國加工中心和數(shù)控銑床電主軸技術(shù)水平的提高。
(3)國產(chǎn)滾動軸承電主軸的主要難題是精度壽命有限，可靠性有待進一步提高。
(4)流體懸浮電主軸的裝配主要靠配磨軸承和主軸軸頸間隙來保證產(chǎn)品性能，尚未標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，難以實現(xiàn)批量化生產(chǎn)，迫切須要從技術(shù)上尋找便于批量化生產(chǎn)的新途徑。
(5)缺乏針對電主軸的高頻電動機設(shè)計理論。目前的電主軸電動機設(shè)計均沿用傳統(tǒng)正弦波供電的電動機理論進行設(shè)計，與實際逆變器高頻供電的工況存在差距。
(6)工藝規(guī)范化不足，產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和穩(wěn)定性得不到保證。
(7)加工過程、裝配過程、整機調(diào)試的精密測試技術(shù)支撐明顯不足。
3. 基礎(chǔ)研究層面存在的問題
(1)基礎(chǔ)研究成果應(yīng)用于工程實際的步伐慢，工程應(yīng)用效果反饋的周期長，影響了基礎(chǔ)研究工作的深入。現(xiàn)有的科研評價體系使科研人員投入在實驗和實踐中的精力偏少，導(dǎo)致研究工作的最重要一環(huán)——實際應(yīng)用，沒有取得應(yīng)有的效果。
(2)基礎(chǔ)研究工作由于缺乏工藝技術(shù)的支持，許多好的學(xué)術(shù)思想沒有堅持到出成果即被放棄或自我否定，錯失了不少做出特色、躋身國際前沿的機會。
(3)我國學(xué)者在20世紀(jì)80年代前后提出并實現(xiàn)了表面節(jié)流、自反饋節(jié)流、深淺腔結(jié)構(gòu)和薄膜反饋等許多有特色的學(xué)術(shù)思想和技術(shù)，但迄今只有部分應(yīng)用較好。許多國外新產(chǎn)品資料和國外學(xué)者近年發(fā)表的論文中所提到的新技術(shù)，其實在國內(nèi)早已實現(xiàn)，但直到“出口轉(zhuǎn)內(nèi)銷”，才重新被新一代的學(xué)者奉為“前沿”進行跟蹤研究。
(4)基礎(chǔ)研究工作不夠系統(tǒng)集中，不夠細(xì)致，不能為工程應(yīng)用提供有效的支撐。
(5)軸承動剛度和接合面剛度是直接影響電主軸系統(tǒng)動態(tài)特性的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。國內(nèi)不少學(xué)者開展了該方面的研究工作，但受客觀條件限制大都停留在個別案例的研究上，沒有形成可資工程設(shè)計參考的“數(shù)據(jù)庫”。隨著時間流逝，這些研究成果逐步“飄散”，未能在工業(yè)界“固化”和推廣，往往在若干年之后又由新的研究者重復(fù)研究。
(6)基礎(chǔ)研究中的核心環(huán)節(jié)——精密測試技術(shù)研究和高速電主軸綜合性能試驗技術(shù)研究，在實際科研中被重視的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。
(7)機床主軸的回轉(zhuǎn)精度測試與誤差分離技術(shù)、動剛度在線測量技術(shù)、熱變形和微位移測量技術(shù)、油膜流場(壓力、溫度、速度)測試技術(shù)、可靠性測試與壽命預(yù)估技術(shù)、以及高速電主軸綜合性能試驗技術(shù)等，迄今在實際研究和工程產(chǎn)品試驗及評價中應(yīng)用很少。測試技術(shù)與試驗手段不到位，導(dǎo)致技術(shù)人員對技術(shù)水平難以做出科學(xué)評價，影響了科學(xué)問題認(rèn)識的深度，也導(dǎo)致工程實際中本來可以提升的技術(shù)空間得不到充分挖掘，最終也影響了主軸產(chǎn)品性能的提升。
