浅谈国内高速电主轴的应用与发展

摘 要：随着科学技术的不断发展，高速电主轴已经成为了数控机床向高端方向发展的一项关键技术。文章从国内高速电主轴的应用出发，进而对国内高速电主轴的未来发展趋势进行分析与探讨。

关键词：高速；电主轴；应用与发展

引 言

电主轴作为机床的核心功能部件，和传统的皮带与齿轮转动主轴相比较，高速电主轴具有结构紧凑、动态特性好、高效、调速范围广等很多方面的优势，并克服了传统电主轴系统振动大、惯量大、噪声大等方面的缺陷，以此在超高速机床中得到了广泛的应用[1]。随着高速机床技术的不断发展，在我国的机床加工技术中，高速电主轴的很多技术都得到了有效的应用，并在应用中得以迅速的发展。

1.国内高速电主轴相关技术应用

1.1.高速电主轴润滑与冷却技术的应用

在高速电主轴中，润滑的部位的设置一般都在动静压主轴支撑的电主轴上，因此，润滑剂的使用通常为粘度和温水性比较低的高速机械油。在高速电主轴中，此高速机械油的供压能力和流量都非常大，同时，采用特殊的方式可有效降低油路中润滑油温度的上升。通常，以混合陶瓷球主轴支撑的电主轴，在润滑上都是采取油气和油雾来进行的，润滑中通过和空气的混合，来自于工厂气源中的压缩空气就能达到常供状态。在这一过程中，润滑油的供给方式所采取定时而又必须的最小量方式，虽然在设备和成本上比较复杂与高，但是却能分别对每个主轴进行精确的润滑，在润滑的效率上非常高，还不会对环境造成污染。

高速电主轴在将电能转化成机械能的过程中，部分能量被间接的转化成了热能。在这个过程中，这些热能是不能通过机壳和电扇向外扩散的，而在没有实施控制行为的前提下，电主轴会因热量的积聚导致主轴的轴承受到一定程度的破坏。经高速电主轴温度有限元分析发现，这些热量的产生是在通电后的定子中集合的，根据这一原理，通过设计一个冷却液的套筒，并将其内装定子绕组，采用循环冷却液体将热量带走或吸收，这样就能将电主轴内的热量均匀的分布在电主轴各部[2]。同时，高速电主轴的冷却还能通过流动的冷压缩空气给予实施。

1.2.高速电主轴驱动技术的应用

高速电主轴的驱动是非常困难的，而这种驱动的过程需要主轴的静止升速从每分钟数万转到数十万，但是，为了保证正常的运行，高速电主轴的预负荷定量施加又是必须的，这在一定程度上更是增加了高速电主轴的阻力矩。为了使高速电主轴的驱动能够更加便捷，因此，高速电主轴的启动电流要远远的超过普通电机额定电流的5-7倍，此时可通过采用电频器的方法进行电流的交换。变频器的工作原理是建立在磁场矢量控制的基础之上的，根据市场所广泛使用的晶体管变频器是脉冲调幅式变频调速电源，那么将三相50HZ 380V的交流电源转换成三相中频电源，此时高速电主轴所输出的电压和频率就能进行连续性的调解[3]。通过实践发现，这种电源不论是在适应性或实用性上，还是在经济性上性能都非常良好，目前正逐渐的成为国内高速电主轴驱动的主要电源。

1.3.高速电主轴动平衡技术的应用

高速电主轴在旋转和切削的过程中，电主轴本身或外界的干扰都会导致电主轴振动的发生，并影响着电主轴动态的平衡性。通常，电主轴的动态平衡性对机床的切削能力和加工质量起着决定性的影响，振动幅度的过大必定导致主轴承载负荷的增加，使电主轴的精度与使用寿命降低。为了避免这一问题，在高速电主轴的最初设计中，对这一因素所造成的动态平衡问题就要充分的考虑。同时根据问题的根源，主轴部件的设计需要对造成动态平衡问题的自激振动能力和受压迫力作出良好的抵抗，以此保证高速电主轴在高速切削的过程中，能够具有良好的传动能力和运转精度。

2.国内高速电主轴未来发展趋势

随着我国数控机床技术和高速切削技术的不断发展和应用范围的不断扩大，在未来对高速电主轴性能要求更高的情况下，我国的高速电主轴将会朝着三个方向迅速的发展和进步： 2.1.受高速电主轴在轴承和润滑技术与精密动平衡技术上的不断进步，未来高速电主轴将会朝着高刚度和高速度的方向发展；2.2.受当前国内外主轴电机以感应电动机为主要方式的影响，为了更好的满足主轴系统中高精度高速电主轴系统的要求，电主轴在电机形式和控制方式上将会朝着一个多样化的方向不断发展；2.3.受现代数控机床加工技术所需具备的高速大功率和低速大转矩功能的影响，未来国内高速电主轴将会朝着这两个方面迅猛的发展。

3.结 语

综上所述，我国作为一个工业大国，在数控机床工业技术的发展和研究上已经具有了二十多年的历史，并形成了一定的规模。而高度电主轴作为数控机床技术的核心内容，其在技术上的发展和进步，对我国数控机床技术的发展起着直接性的影响。因此，我国一定要改变高速电主轴的进口局面，加强国内技术的研究，以此使我国的工业技术能够向一个更高的方向发展和迈进。

参考文献：

[1] 杨军，郭力，卿红等.机床高速电主轴原理与应用[J].机床与液压.2009，（04）：43-44.

[2] 王民，张晋欣，昝涛等.数控加工中心高速电主轴运行状态测试[J].振动、测试与诊断.2013，33（04）：660-663.

[3] 李彦.数控机床高速电主轴技术及应用[J].哈尔滨轴承.2010，31（02）：46-48.

作者简介：

陈迪见 ，男，长江大学机械工程学院材料成型及控制工程专业，本科，学生