国内外高速电主轴技术和产品发展趋势

       随机床技术、高速切削技术的发展及实际应用的需要，对机床电主轴的性能也提出越来越高的要求，电主轴技术的发展趋势主要表现在以下几个方面：

       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。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高，以满足数控机床高速、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。根据实际使用需要，多数数控机床需同时满足低速精加工时的重切削、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。

       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也随之越来越高。如主轴径向圆跳动在0.001mm以内、轴向定位精度在0.0005mm以下。同时，由于采用特殊的精密主轴轴承、先进的润滑方式特殊的预负荷施加方式，电主轴的寿命相应得到延长，其使用可靠性越来越高。

       4.电主轴内置电动机性能和形式多样化。为满足实际应用需要，电主轴电动机的性能不断得到改善，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1:14。此外，出现永磁同步电动机高速电主轴，与相同功率的异步电动机电主轴比，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.向快递起、停方向发展。为缩短辅助时间，提高效率，要求数控机床电主轴的起、停时间越短越好，因此需要很高的起动和停机加（减）速度。目前，国外机床电主轴的起停加速度可达到1g以上，全速起停时间在1s内。

       6.轴承及其预载荷施加方式、润滑方式多样化。除常规的钢制滚动轴承外，近年来混合陶瓷球轴承得到广泛应用，润滑方式有油脂、油雾、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，从而得到广泛的推广和应用；滚动轴承的预负荷施加方式除刚性预负荷（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，即利用液压缸对轴承施加预负荷，且可根据主轴的转速、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，如磁悬浮轴承、气浮轴承电主轴、液浮轴承电主轴等已经有系列商品供应市场。

       7.刀具接口逐步趋于HSK刀柄技术。机床主轴高速化后，由于离心力作用，传统的锥度为7:24的通用刀柄结构已不能满足高速使用要求，需要采用HSK（1:10）等其他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接刚度大的传递转矩能力、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刀柄接口已广泛为高速电主轴所采用。

       8.向多功能、智能化方向发展。在多功能方面，在角向停机精确定位（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、换刀自动动平衡技术等。在智能化方面，主要表现的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、电动机过载和过热保护、松刀时轴承卸荷保护、电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、刀具磨损和损坏信号监控等，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。

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