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當(dāng)前位置：作為每臺(tái)數(shù)控機(jī)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(zhǎng)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(yùn)行，這也是每顆主軸的價(jià)值所在。 那么，機(jī)床主軸是怎么加工出來的?我們通過一個(gè)視頻來了解一下。
機(jī)床主軸是機(jī)床的核心部件，其功能是帶動(dòng)刀具(砂輪)或工件旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)高速精密加工。隨著現(xiàn)代工業(yè)對(duì)機(jī)床加工精度和加工效率要求的不斷提高，機(jī)床對(duì)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(jī)床主軸的技術(shù)內(nèi)涵。高性能機(jī)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(jià)格比高的機(jī)床主軸。
機(jī)床主軸按所采用的軸承類型可分為滾動(dòng)軸承(角接觸球軸承、滾子軸承)、液體滑動(dòng)軸承(動(dòng)壓軸承、靜壓軸承、動(dòng)靜壓軸承)、氣體軸承和磁懸浮軸承等，按照與電動(dòng)機(jī)的連接方式可分為機(jī)械主軸和電主軸。
電主軸是將機(jī)床主軸功能與電動(dòng)機(jī)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(dòng)或齒輪傳動(dòng)環(huán)節(jié)，具有速度高、精度高、調(diào)速范圍寬、振動(dòng)噪聲小、可快速起動(dòng)和準(zhǔn)停等優(yōu)點(diǎn)。用電主軸取代傳統(tǒng)機(jī)械主軸是機(jī)床工業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)。電主軸按照電動(dòng)機(jī)的類型又可分為異步型電主軸和永磁同步型電主軸。
從機(jī)床行業(yè)的客觀需求來看，角接觸球軸承電主軸、液體(動(dòng))靜壓軸承電主軸和氣體軸承電主軸既是市場(chǎng)開發(fā)的重點(diǎn)，也是學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn)。角接觸球軸承是最適宜高速化的滾動(dòng)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(diǎn)，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(jī)中獲得了廣泛應(yīng)用，其主要技術(shù)難點(diǎn)在于提高精度壽命和可靠性。液體(動(dòng))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(dòng)軸承式主軸，其剛度高，磨損小，壽命長(zhǎng)，在精密超精密機(jī)床上獲得了廣泛應(yīng)用，其主要技術(shù)難點(diǎn)在于控制高速時(shí)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(dòng))靜壓電主軸和滾動(dòng)軸承式電主軸，其熱穩(wěn)定性好，是超精密機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)過程中無磨損，其技術(shù)難點(diǎn)在于如何提高動(dòng)剛度和阻尼減振性能，在實(shí)現(xiàn)高速的同時(shí)保證高加工精度。磁懸浮主軸的核心研究?jī)?nèi)容是機(jī)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(chǎng))層面存在的問題
(1)超精密機(jī)床電主軸是未來國(guó)際機(jī)床市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，形成較大規(guī)模的市場(chǎng)還有一個(gè)培育期。超精密機(jī)床電主軸的產(chǎn)值雖然不大，但是對(duì)國(guó)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(guó)在該領(lǐng)域與日本、德國(guó)、英國(guó)和美國(guó)等先進(jìn)國(guó)家的差距較大，僅有少量機(jī)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(jī)床電主軸領(lǐng)域的技術(shù)儲(chǔ)備不足和人才匱乏，將導(dǎo)致我國(guó)在未來產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中再次處于劣勢(shì)。國(guó)家政府部門、機(jī)床行業(yè)協(xié)會(huì)、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(jī)床電主軸技術(shù)的投入，避免將來陷入被動(dòng)。
(2)中高檔電主軸領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)能力遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)需求。除了部分機(jī)床主機(jī)廠自行生產(chǎn)主軸外，相當(dāng)一部分市場(chǎng)由國(guó)外和中國(guó)臺(tái)灣的主軸產(chǎn)品所占領(lǐng)。國(guó)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(jìn)口來補(bǔ)充。我國(guó)主軸功能部件企業(yè)的配套能力不足，反應(yīng)出我國(guó)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(jì)制造能力。電主軸動(dòng)態(tài)熱態(tài)特性優(yōu)化設(shè)計(jì)、精密加工工藝、精密裝配工藝、精密測(cè)試技術(shù)和故障損傷防治技術(shù)等，難以全面實(shí)施。
(2)數(shù)控系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)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(guó)內(nèi)多數(shù)電主軸采用異步主軸電動(dòng)機(jī)加編碼器和驅(qū)動(dòng)控制器來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，由于進(jìn)口數(shù)控系統(tǒng)與國(guó)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(guó)產(chǎn)加工中心用電主軸在金切機(jī)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(guó)加工中心和數(shù)控銑床電主軸技術(shù)水平的提高。
(3)國(guó)產(chǎn)滾動(dòng)軸承電主軸的主要難題是精度壽命有限，可靠性有待進(jìn)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(shí)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(duì)電主軸的高頻電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)理論。目前的電主軸電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)均沿用傳統(tǒng)正弦波供電的電動(dòng)機(jī)理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，與實(shí)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(jī)調(diào)試的精密測(cè)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(shí)際的步伐慢，工程應(yīng)用效果反饋的周期長(zhǎng)，影響了基礎(chǔ)研究工作的深入。現(xiàn)有的科研評(píng)價(jià)體系使科研人員投入在實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐中的精力偏少，導(dǎo)致研究工作的最重要一環(huán)——實(shí)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(jiān)持到出成果即被放棄或自我否定，錯(cuò)失了不少做出特色、躋身國(guó)際前沿的機(jī)會(huì)。
(3)我國(guó)學(xué)者在20世紀(jì)80年代前后提出并實(shí)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(guó)外新產(chǎn)品資料和國(guó)外學(xué)者近年發(fā)表的論文中所提到的新技術(shù)，其實(shí)在國(guó)內(nèi)早已實(shí)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(jìn)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(dòng)剛度和接合面剛度是直接影響電主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。國(guó)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(gè)別案例的研究上，沒有形成可資工程設(shè)計(jì)參考的“數(shù)據(jù)庫(kù)”。隨著時(shí)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(cè)試技術(shù)研究和高速電主軸綜合性能試驗(yàn)技術(shù)研究，在實(shí)際科研中被重視的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。
(7)機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度測(cè)試與誤差分離技術(shù)、動(dòng)剛度在線測(cè)量技術(shù)、熱變形和微位移測(cè)量技術(shù)、油膜流場(chǎng)(壓力、溫度、速度)測(cè)試技術(shù)、可靠性測(cè)試與壽命預(yù)估技術(shù)、以及高速電主軸綜合性能試驗(yàn)技術(shù)等，迄今在實(shí)際研究和工程產(chǎn)品試驗(yàn)及評(píng)價(jià)中應(yīng)用很少。測(cè)試技術(shù)與試驗(yàn)手段不到位，導(dǎo)致技術(shù)人員對(duì)技術(shù)水平難以做出科學(xué)評(píng)價(jià)，影響了科學(xué)問題認(rèn)識(shí)的深度，也導(dǎo)致工程實(shí)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。
