高速电主轴：让数控机床拥有一颗强悍的心

高速加工技术以其生产效率高、加工精度大、加工成本低等优势，近年来广受人们的关注，被誉为是21世纪最具发展前景的先进制造技术之一。继数控加工技术之后，高速加工技术在制造业领域正在掀起又一次重大变革，并将左右未来工业生产的发展趋势。要实现高速加工，拥有更高的切削速度是不可或缺的前提条件，而为高速切削工具提供驱动力的高速电主轴，在其中扮演着最为关键的角色。作为整个高速加工技术的核心功能部件，高速电主轴在现代数控机床领域，正得到越来越广泛的推广应用。

高速电主轴技术概述

高速电主轴（简称电主轴）技术是一种通过将电动机转子直接作为机床主轴，从而实现数控机床主轴部件与主轴电机融为一体的新技术。实际工作中，空心的电动机转子直接安装在主轴之上，定子通过冷却套固定在主轴箱体孔内，形成一个完整的主轴单元，由后转子带动主轴运转。主轴无需任何机械连接，实现了机床的“零传动”，只要改变供电频率，即可实现主轴调速。

电主轴与传统的机床主轴相比，结构更加紧凑、重量也更轻盈，工作时转速更高、功率更大、具有更快的响应速度，制造的噪音也比传统主轴要低得多。这种单元化结构极大地简化了机床设计，易于定位，是一种比较理想的结构。在数控机床领域，这一技术与直线电机技术、高速刀具技术一起，将高速加工工艺水品推上了一个新的高度。

我国对数控机床电主轴的使用研究起步于1998年，目前与国外先进技术还有一定的差距，尚未形成批量自主生产规模。

相关高科技应用

高速电主轴对其轴承和电机性能有着非常严格，甚至是苛刻的要求。

轴承需要具备良好的刚性、抗阻尼性和较长的使用寿命。通常有动静压轴承、复合陶瓷轴承或是电磁悬浮轴承三种选择。其中，复合陶瓷轴承使用热压陶瓷球以及钢制轴承套圈，因其耐热耐磨，且标准化高、易于维护，在电主轴单元中应用最为广泛。而电磁悬浮轴承虽然高速性能好、精度高、便于显现监控，但由于构造和系统过于复杂，制造成本较高，价格长期居高不下，因此还没有得到广泛推广。

由于与电动机融为一体，电主轴本身也可以看做是一台高速电动机，结构上可以有多种不同形式，如感应电机、永磁电机和磁阻电机等，其关键技术是高速度下的动平衡。

电主轴主要附件配备

一套完整的电主轴系统除了包括主轴本身外，还应包括高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置脉冲编码器、换刀装置等主要的相关附件。

高频变频装置：要提升加工速度，必须保证电主轴的高速旋转，从而带动切削工具高速运转。需要有一台设备来作为电主轴内置高速电动机的驱动装置，使其转速达到每分钟几万甚至是十几万次，高频变频装置的作用即在于此。为完成目标，高频变频器的输出频率必须要达到几千赫兹以上。

油雾润滑器：良好的润滑度可以降低设备运行的阻力、磨损和发热等情况。电主轴的润滑需要严格遵循定时定量的原则，即每隔固定的一段时间，就向轴承内注油一次。注油时，润滑油在压缩空气的携带之下，以油雾的形态被吹入轴承内，注油量的多少则是由定量阀进行精确地控制，过多或是过少都会造成不利的影响。

冷却装置：如果工作时电主轴温度过高，会对设备造成伤害，为了给高速运行的电主轴散热，尽快降低工作温度，通常须要使用循环冷却剂。循环冷却剂作用于电主轴外壁，并带走电主轴的部分热量。但如果冷却剂吸热后温度升高，就起不到冷却作用了。而冷却装置的存在意义就在于保持冷却剂的原始温度，强化冷却效果。

内置脉冲编码器：这是一种采用光学传感器原理的位置检测元件，可以实现非接触式的检测。编码盘安装在电机的旋转轴上，在旋转中将会自动测定轴旋转的角度、位置及速度变化，并将检测结果以电脉冲形式输出。这种检测方式的优点是没有摩擦和磨损，只需要较小的驱动力，却可以得到最精确的检测结果和最快的响应速度，从而实现电主轴准确的旋转相角控制以及与进给的配合。

自动换刀装置：为实现对各种加工材料和工艺的灵活适应及快速响应，电主轴配备了自动换刀装置，可依据不同情况自动选择最高效、最合理的切削设备。自动换刀装置是由碟形簧、拉刀油缸等部件组成的。经实践证明，HSK、SKI等高速刀具更适用于高速加工工艺。

如果说，高速加工设备以其远远超越传统加工设备的加工速度，堪称是现代制造业中的“运动健将”，那么，高速电主轴无疑就是这位“运动健将”的心脏，为其带来强悍的驱动力。对高速电主轴技术的完善，是实现制造业高速化、精确化革命的关键一环，是工业制造业水品紧跟时代的重要标志，必须得到我们的重视。