维修指南 /Maintenance Instructions
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- 阐述电主轴技术未来的发展趋势
- 作者：宁波福轴维修站 点击数：2268 时间：2019-08-23
- 1 继续向高速度、高刚度方向发展
由于高速切削和实际应用的需要，随着主轴轴承及其润滑技术、精密加工技术、精密动平衡技术、高速刀具及其接口技术等相关技术的发展，数控机床用电主轴高速化已成为目前发展的普遍趋势，如钻、铣用电主轴，瑞士IBAG的HF42的转速达到140 000 r/min、英国WestWind公司的PCB钻孔机电主轴D1733更是达到了250 000 r/min；加工中心用电主轴，瑞士FISCHER最高转速达到42 000 r/min，意大利CAMFIOR达到了75 000 r/min。在电主轴的系统刚度方面，由于轴承及其润滑技术的发展，电主轴的系统刚度越来越大，满足了数控机床高速、高效和精密加工发展的需要。
2 向高速大功率、低速大转矩方向发展
根据实际使用的需要，多数数控机床需要同时能够满足低速粗加工时的重切削、高速切削时精加工的要求。因此，机床电主轴应该具备低速大转矩、高速大功率的性能。如意大利CAMFIOR、瑞士Step—Tec以及德国GMN等制造商生产的加工中心用电主轴，低速段输出转矩到200 N·m以上的已经不是难事，德国CYTEC的数控铣床和车床用电主轴的最大转矩更是达到了630 N·m；在高速段大功率方面，一般在l0～50 kW；CYTEC电主轴的最大输出功率为50 kW；瑞士Step—Tec电主轴的最大功率更是达到65 kW（S1），用于航空器制造和模具加工；更有电主轴功率达到80 kW的报道。
3 进一步向高精度、高可靠性和延长工作寿命方向发展
用户对数控机床的精度和使用可靠性提出了越来越高的要求，作为数控机床核心功能部件之一的电主轴，要求其本身的精度和可靠性随之越来越高。如主轴径向跳动在0.001 mm以内、轴向定位精度在0.5 μm以下。同时，由于采用了特殊的精密主轴轴承、先进的润滑方法以及特殊的预负荷施加方式，电主轴的寿命相应得到了延长，其使用可靠性越来越高。Step—Tec的电主轴还加装了加速度传感器，降低轴承振动加速度水平，为了监视和限制轴承上的振动，安装了振动监测模块，以延长电主轴工作寿命。
4 电主轴内装电动机性能和形式多样化
为满足实际应用的需要，电主轴电动机的性能得到了改善，如瑞士FISCHER主轴电动机输出的恒转矩高转速与恒功率高转速之比（即恒功率调速范围）达到了l：14。此外，出现了永磁同步电动机电主轴，与相同功率的异步电动机电主轴相比，同步电动机电主轴的外形尺寸小，有利于提高功率密度，实现小尺寸、大功率。
5 快速启动、停止响应速度加快
为缩短辅助时间，提高效率，要求数控机床电主轴的启、停时间越短越好，因此需要很高的启动和停机加（减）速度。目前，国外机床电主轴的启、停加速度可达到lg以上，全速启、停时间在l s以内。
6 轴承及其预载荷施加方式、润滑方式多样化
除了常规的钢制滚动轴承外，近年来陶瓷球混合轴承越来越得到广泛的应用，润滑方式有油脂、油雾和油气等，尤其是油气润滑方法（又称Oil-air），由于具有适应高速、环保节能的特点，得到越来越广泛的推广和应用；滚动轴承的预负荷施加方式除了刚性预负荷（又称定位预负荷）、弹性预负荷（又称定压预负荷）之外，又发展了一种智能预负荷方式，即利用液压油缸对轴承施加预负荷，并且可以根据主轴的转速、负载等具体工况控制预负荷的大小，使轴承的支承性能更加优良。在非接触形式轴承支承的电主轴方面，如磁浮轴承、气浮轴承电主轴（瑞士IBAG等）、液浮轴承电主轴（美国Ingersoll等）等已经有系列商品供应市场。
7 刀具接口逐步趋于HSK、Capto刀柄技术
机床主轴高速化后，由于离心力作用，传统的CAT（7：24）刀柄结构已经不能满足使用要求，需要采用HSK（1：10）等其它符合高速要求的刀柄接口形式。HSK刀柄具有突出的静态和动态联接刚性、大的传递转矩能力、高的刀具重复定位精度和联接可靠性，特别适合在高速、高精度情况下使用。因此，HSK刀柄接口已经广泛为高速电主轴所采用（如瑞士的IBAG、德国的CYTEC和意大利CAMFIOR等）。近年来由SANDVIK公司提出的Capto刀具接口也开始在机床行业得到应用，其基本原理与HSK接口相似，但传递转矩的能力稍大一些，缺点是主轴轴端内孔加工困难较大，工艺比较复杂。
8 向多功能、智能化方向发展
在多功能方面，有角向停机精确定位（准停）、C轴传动、换刀中空吹气、中空通冷却液、轴端气体密封、低速转矩放大、轴向定位精密补偿以及换刀自动动平衡技术等。在智能化方面，主要表现在各种安全保护和故障监测诊断措施，如换刀联锁保护、轴承温度监控、电机过载和过热保护、松刀时轴承卸荷保护、主轴振动信号监测和故障异常诊断、轴向位置变化自动补偿、砂轮修整过程信号监测和自动控制以及刀具磨损和损坏信号监控等，如Step-Tec电主轴安装有诊断模块，维修人员可通过红外接口读取数据，识别过载，统计电主轴工作寿命。
