国内外高速电主轴技术的现状与发展趋势
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高档数控机床高速精密电主轴关键技术及应用公告全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:高档数控机床高速精密电主轴关键技术及应用随着科技的不断发展,数控机床作为制造业的重要装备之一,正逐渐成为制造业的主力军。
而高档数控机床的核心部件之一——高速精密电主轴,更是决定了整个机床性能和加工质量的关键部件。
本文将重点介绍高档数控机床高速精密电主轴的关键技术及应用。
一、高速精密电主轴的定义和特点高速精密电主轴是数控机床上用于驱动刀具旋转的核心部件,它直接影响了机床的加工精度、效率和稳定性。
一般来说,高速精密电主轴具有以下几个特点:1. 高速转速:高速精密电主轴的工作转速通常在10000rpm以上,甚至可以达到50000rpm以上。
高转速可以提高加工效率,缩短加工周期。
2. 高精度:高速精密电主轴需要具有极高的旋转精度和稳定性,以保证加工的精度和表面质量。
4. 高功率密度:高速精密电主轴需要具有高功率密度,以满足大功率输出的要求,同时尽可能减小轴体体积和重量。
1. 轴承技术:高速精密电主轴的轴承是其最关键的部件之一,直接影响轴的精度、稳定性和寿命。
目前主要采用陶瓷球轴承、陶瓷滚珠轴承和气体轴承等高速轴承技术。
2. 动平衡技术:高速精密电主轴在旋转时会产生不小的离心力,需要采用动平衡技术来消除不平衡导致的振动和噪音。
3. 冷却技术:高速精密电主轴在高速运转时会产生大量热量,需要采用有效的冷却技术来保持轴的温度稳定,避免发热过高导致零部件热变形。
4. 控制技术:高速精密电主轴需要配备精密的控制系统,以实现精准的转速控制、负载检测和自适应控制等功能。
5. 结构设计:高速精密电主轴的结构设计需要考虑到刚性和轻量化的平衡,同时保证轴体的稳定性和可靠性。
高速精密电主轴广泛应用于汽车、航空航天、铁路、军工等领域,主要用于高精度、高效率的加工。
具体应用包括精密零件加工、高速铣削、高速车削、高速钻孔等领域。
目前国内外一些知名数控机床制造商,如哈斯、西铁城、FANUC 等,都大量采用了高速精密电主轴技术,使其生产的数控机床具有更高的加工精度和效率,受到了市场的广泛认可。
高速电主轴技术乔志敏 S1203027 摘要:通过阐述了高速电主轴的发展历程、高速电主轴的结构以及高速电主轴设计制造过程中的关键技术,分析了高精度、高转速电主轴对数控机床性能的影响。
实践证明,采用高速加工技术可以解决机械产品制造中的诸多难题,能够获得特殊的加工精度和表面质量,高精度高转速电主轴功能部件,对提高数控机床的性能具有极大的影响。
关键词:高速电主轴;高精度;数控机床Abstract: Based on the development of high-speed motorized spindle and the main str ucture of the motorized and the key technologies in the manufacturing process of high -speed motorized spindle, it analyzes the high precision, high speed electric spindle of influence on the performance of the numerical control machine. Practice has proved t hat high-speed processing technology can solve many problems in the manufacturing of mechanical products, and it can obtain special machining accuracy and surface qual ity. High precision and high speed motorized spindle features have a great impact on t he performance of CNC machine tools .Keywords: high-speed motorized spindle, high precision, CNC machine1.高速电主轴的现状与发展早在20世纪50年代,就已出现了用于磨削小孔的高频电主轴,当时的变频器采用的是真空电子管,虽然转速高,但传递的功率小,转矩也小。
高速电主轴技术的现状与发展趋势高速数控机床(CNC)是装备制造业的技术基础和发展方向之一,是装备制造业的战略性产业。
高速数控机床的工作性能,首先取决于高速主轴的性能。
数控机床高速电主轴单元影响加工系统的精度、稳定性及应用范围,其动力性能及稳定性对高速加工起着关键的作用。
1、高速电主轴对数控机床的发展以及金属切削技术的影响对于数控机床模块化设计、简化机床结构、提高机床性能方面的作用:(1)简化结构,促进机床结构模块化电主轴可以根据用途、结构、性能参数等特征形成标准化、系列化产品,供主机选用,从而促进机床结构模块化。
(2)降低机床成本,缩短机床研制周期一方面,标准化、系列化的电主轴产品易于形成专业化、规模化生产,实现功能部件的低成本制造;另一方面,采用电主轴后,机床结构的简单化和模块化,也有利于降低机床成本。
此外,还可以缩短机床研制周期,适应目前快速多变的市场趋势。
(3)改善机床性能,提高可靠性采用电主轴结构的数控机床,由于结构简化,传动、连接环节减少,因此提高了机床的可靠性;技术成熟、功能完善、性能优良、质量可靠的电主轴功能部件使机床的性能更加完善,可靠性得以进一步提高。
(4)实现某些高档数控机床的特殊要求有些高档数控机床,如并联运动机床、五面体加工中心、小孔和超小孔加工机床等,必须采用电主轴,方能满足完善的功能要求。
2、促进了高速切削技术在机械加工领域的广泛应用电主轴系由内装式电机直接驱动,以满足高速切削对机床“高速度、高精度、高可靠性及小振动”的要求,与机床高速进给系统、高速刀具系统一起组成高速切削所需要的必备条件。
电主轴技术与电机变频、闭环矢量控制、交流伺服控制等技术相结合,可以满足车削、铣削、镗削、钻削、磨削等金属切削加工的需要。
采用高速加工技术可以解决机械产品制造中的诸多难题,取得特殊的加工精度和表面质量,因此这项技术在各类装备制造业中得到越来越广泛的应用,正在成为当今金切加工的主流技术。
简述电主轴技术发展前景引言近年来,随着制造业的不断发展和技术的进步,电主轴技术作为一种新兴的切削加工技术正迅速崛起。
电主轴技术通过将电动机与主轴直接连接,实现高速、高精度的加工,具有较大的发展潜力。
本文将简要阐述电主轴技术的发展前景,包括其应用领域、技术优势以及面临的挑战。
应用领域电主轴技术的广泛应用领域是其发展的重要驱动力之一。
目前,电主轴技术已经广泛应用于机床、数控机床、汽车制造、航空航天等领域。
在机床领域,电主轴技术可以提供更高的切削力和速度,使得加工效率大大提高。
在汽车制造领域,电主轴技术可以实现更高精度的零部件加工,提高汽车的质量和性能。
在航空航天领域,电主轴技术可以实现更高的机械部件加工精度,提高飞机的安全性和可靠性。
技术优势电主轴技术的发展前景可从其技术优势方面来看。
首先,电主轴技术具有较高的切削速度和切削力。
相比传统的机械主轴,电主轴技术可以实现更高的转速和更大的切削力,使得加工效率更高。
其次,电主轴技术具有较高的精度和稳定性。
通过电主轴技术,可以实现更高的定位精度和加工精度,提高零部件的质量和精度。
此外,电主轴技术还具有较低的振动和噪音水平,使得工作环境更加安静和舒适。
面临的挑战电主轴技术发展的前景不仅有技术优势,还面临一些挑战。
首先,电主轴技术的成本较高。
相比传统的机械主轴,电主轴技术需要更多的电气设备和控制系统,成本较高。
其次,电主轴技术在超高速加工和超高精度加工方面仍存在一些技术难题。
目前,电主轴技术的切削速度和切削力还无法满足某些特殊需求。
此外,电主轴技术的维护和维修也需要专业知识和技能,提高了运维成本。
未来发展趋势虽然电主轴技术面临一些挑战,但其发展前景仍然十分广阔。
未来,电主轴技术将继续在制造业中发挥重要作用,并不断推动行业的发展。
随着相关技术的不断改进和创新,电主轴技术的性能将不断提升,成本将逐渐降低。
预计在不久的将来,电主轴技术将实现更高的切削速度和切削力,提供更高的加工效率和精度。
2024年电主轴市场规模分析引言电主轴是现代机械加工中广泛应用的设备,具备高精度、高速度等优势,因此在制造业中的需求逐年增长。
本文将对电主轴市场的规模进行分析,探讨其发展趋势和影响因素。
市场规模根据最新的市场研究数据,过去十年电主轴市场规模稳步增长。
从2010年的X 亿美元增长到Y亿美元。
预计未来几年,电主轴市场将以每年Z%的复合增长率继续增长。
市场动态1. 行业应用电主轴在广泛应用于各种行业,包括汽车制造、航空航天、电子制造等。
汽车制造行业占据了电主轴市场的较大份额,这主要归因于汽车工业的快速发展和对高精度机械加工的需求增加。
航空航天行业的发展也对电主轴市场起到积极的推动作用。
2. 技术进步随着科技的不断进步,电主轴的技术也在不断升级。
高速度、高精度是电主轴不断追求的目标,新一代电主轴具备更高的转速、更低的噪音和更强的抗震能力。
这些技术的发展进一步推动了电主轴市场的增长。
3. 区域分布目前,电主轴市场的主要消费地区包括北美、欧洲和亚太地区。
这些地区具备较强的制造业基础和需求,同时也有较高的机械化水平。
未来,亚洲地区的市场规模有望显著增长,这主要受益于亚洲制造业的发展。
影响因素1. 宏观经济因素宏观经济因素对电主轴市场的发展起到重要影响。
全球经济增长、政府支持政策以及国际贸易形势等都可能对电主轴市场产生积极或消极的影响。
2. 技术创新技术创新是电主轴市场发展的重要驱动力。
随着新技术的不断涌现,电主轴不断更新换代,满足不同行业的需求,同时也吸引了更多的用户。
3. 竞争态势电主轴市场竞争激烈,主要厂商间竞争加剧。
产品质量、价格和售后服务等因素成为用户选择的重要考虑因素。
厂商在不断提升产品竞争力的同时,也以此推动了整个电主轴市场的发展。
结论电主轴市场规模在过去十年持续增长,并且预计未来几年将保持较高的增长速度。
行业应用的广泛,技术的不断创新以及宏观经济等因素的影响都将对电主轴市场的发展起到重要作用。
但是,市场竞争也带来了一定的挑战。
电主轴开题报告随着科技的飞速发展,机械制造领域对高精度、高效率的设备需求日益增长。
电主轴作为机械加工的核心部件,其性能的优劣直接影响着整个加工过程的品质与效率。
本课题旨在深入研究电主轴的结构设计、材料选择、控制策略等方面,以期推动我国电主轴技术的发展。
一、背景与意义电主轴作为现代加工中心的核心部件,其技术发展已成为衡量一个国家机械制造业水平的重要标志。
当前,国内外电主轴技术发展迅速,但我国在高端电主轴领域仍存在一定差距。
本课题的研究,对于提升我国电主轴技术水平,满足国家战略需求,具有重要的理论意义和现实价值。
二、国内外研究现状1. 国外研究现状国外电主轴技术起步较早,技术相对成熟。
德国、日本等发达国家在电主轴设计、制造、应用等方面具有丰富的经验。
如德国西门子、日本电产等企业在电主轴领域具有较强的市场竞争力。
2. 国内研究现状近年来,我国电主轴技术取得了长足进步。
国内一些科研机构和高校对电主轴进行了深入研究,取得了一系列创新成果。
然而,与国外先进水平相比,我国电主轴在精度、稳定性、寿命等方面仍有较大差距。
三、研究内容与目标1. 研究内容(1)电主轴结构设计优化:研究电主轴的结构优化设计,提高其刚度和抗振性。
(2)高性能材料选择与应用:研究新型高性能材料在电主轴中的应用,提高其耐磨性和抗腐蚀性。
(3)电主轴控制策略研究:研究电主轴的控制策略,提高其动态性能和稳定性。
2. 研究目标(1)设计出具有较高刚度和抗振性的电主轴结构。
(2)实现新型高性能材料在电主轴中的应用,提高其使用寿命。
(3)提出有效的电主轴控制策略,提高其动态性能和稳定性。
四、研究方法与技术路线1. 研究方法(1)理论分析:运用力学、电磁学等理论对电主轴进行建模和分析。
(2)仿真研究:利用仿真软件对电主轴进行仿真实验,验证设计方案的可行性。
(3)实验验证:通过实际加工实验,验证电主轴的性能。
2. 技术路线(1)电主轴结构设计:根据力学、电磁学等理论,进行电主轴结构设计。
主轴行业分析报告一、行业概述主轴是机械传动设备的核心部件之一,广泛应用于机床、电机、风机等领域。
本报告将对主轴行业进行深入分析,包括市场规模、发展趋势、竞争格局等方面。
在当前高速发展的制造业环境下,机床需求量持续增长,推动了主轴行业的快速发展。
随着各种先进制造技术的引进和应用,主轴对高速、高精度和高可靠性的要求也越来越高。
二、市场规模与趋势1. 市场规模主轴市场规模庞大且逐年增长。
目前,中国主轴市场总量已超过1500亿元,占全球市场份额的40%以上,是全球最大的主轴市场之一。
2. 市场趋势(1)高速化发展高速化是主轴行业的重要趋势之一。
随着工艺的进步和加工需求的提升,高速主轴将成为行业的主流。
高速主轴不仅提高了加工效率,也提升了产品的质量和精度。
(2)智能化应用智能化是主轴行业发展的新动力。
随着人工智能、物联网等新技术的发展,智能化主轴逐渐得到应用。
智能化主轴可以实现自动化操作、远程监控和数据分析等功能,提高工作效率和资源利用率。
(3)轻量化设计轻量化设计是主轴行业的发展趋势之一。
轻量化设计可以减轻主轴本身的重量,提高机床的负载能力和效率。
轻量化设计也有利于减少能源的消耗和环境保护。
三、竞争格局与瓶颈1. 竞争格局目前,中国主轴行业竞争激烈,市场分散度较高。
主要竞争对手包括广州明星机床、上海电机、江苏有限公司等。
这些企业通过技术创新、产品质量和售后服务等方面来争夺市场份额。
2. 瓶颈问题(1)技术瓶颈目前,国内主轴行业在部分高端技术上与国外企业存在差距,比如高速、高精度和高可靠性。
在追求高质量产品的同时,国内企业需要加强技术研发,提高核心竞争力。
(2)供应链瓶颈主轴行业的供应链瓶颈主要体现在零部件供应不稳定、交货期延长等方面。
这需要企业与供应商加强合作,优化供应链管理,提高生产效率和交货准时性。
四、发展机遇与挑战1. 发展机遇(1)国家政策支持国家政策对制造业发展给予了重要支持,主轴行业也将受益于此。
数控机床高速电主轴技术及应用一、高速电主轴的发展历程早在 20 世纪 50 年代,就己出现了用于磨削小孔的高频电主轴,当时的变频器采用的是真空电子管,虽然转速高,但传递的功率小,转矩也小。
随着高速切削发展的需要和功率电子器件、微电子器件和计算机技术的发展,产生了全固态元件的变频器和矢量控制驱动器;加上混合陶瓷球轴承的出现,使得在 20 世纪 80 年代末、90 年代初出现了用于铣削、钻削、加工中心及车削等加工的大功率、大转矩、高转速的电主轴。
国外高速电主轴技术发展较快,中等规格的加工中心的主轴转速目前己普遍达到 10000r/min 甚至更高。
1976 年美国的 Vought 公司首次推出一台超高速铣床,采用了 Bryant 内装式电机主轴系统,最高转速达到了20,OOOr/min,功率为 15KW。
到 90 年代末期,电主轴发展的水平是:转速40,000 r/min,功率 40 KW(即所谓的“40-40 水平”)。
但 2001 年美国Cincinnati 公司为宇航工业生产了 SuperMach 大型高速加工中心,其电主轴最高转速达 60,000 r/min,功率为 80 KW。
目前世界各主要工业国家均有装备优良的专业电主轴生产厂,批量生产一系列用于加工中心和高速数控机床的电主轴。
其中最著名的生产厂家有:瑞士的 FISCHER 公司、IBAG 公司和 STEP-TEC 公司,德国的 GMN 公司和FAG 公司,美国的 PRECISE 公司,意大利的 GAMFIOR 公司和 FOEMAT 公司,日本的 NSK公司和 KOYO公司,以及瑞典的 SKF公司等公司。
高速电主轴生产技术的突破,大大推动了世界高速加工技术的发展与应用。
从 80年代中后期以来,商品化的超高速切削机床不断出现,超高速机床从单一的超高速铣床发展成为超高速车铣床、钻铣床乃至各种加工中心等。
德国、美国、瑞士、英国、法国、日本也相继推出了自己的超高速机床。
2024年高速电主轴市场环境分析引言高速电主轴是一种用于高速切削和镗削的精密机械设备,被广泛应用于机床、线切割、激光加工等行业。
随着制造业的发展,高速电主轴市场呈现出蓬勃的增长态势。
本文将对高速电主轴市场环境进行分析,包括市场规模、竞争状况、发展趋势等方面。
1. 市场规模高速电主轴市场在近年来持续增长,主要由以下几个方面的因素推动:•制造业的发展:随着制造业的不断进步和升级,对高速、高精度加工设备的需求不断增加,推动了高速电主轴市场的发展。
•自动化生产的普及:随着自动化生产技术的不断成熟和应用,对高速电主轴的需求也在不断提高,使得市场规模持续扩大。
•环保需求的增加:高速电主轴由于其高效节能和低噪音的特点,能够满足环保需求,因此在环保政策的推动下,市场需求进一步增长。
据统计,2019年高速电主轴市场规模达到XX亿元,预计在未来几年内将保持持续增长。
2. 竞争状况高速电主轴市场竞争激烈,主要由以下几家企业主导市场:•A公司:作为市场的领导者,A公司具有先进的技术和强大的研发能力,产品质量得到广泛认可。
•B公司:B公司凭借其丰富的市场经验和良好的客户关系,极大地增强了其在市场中的竞争力。
•C公司:C公司通过不断创新和技术提升,逐渐取得了市场份额,并在某些细分领域取得了重要突破。
此外,还有一些新兴企业进入市场,通过低价策略和差异化产品占据一定市场份额。
整体来看,高速电主轴市场竞争激烈,企业需要不断提升产品质量、降低成本以及加强市场营销和服务能力以保持竞争优势。
3. 发展趋势高速电主轴市场在未来呈现出以下几个发展趋势:•高速化与高精度化:随着制造业对产品质量和加工效率要求的提高,高速电主轴需要不断提升转速和加工精度,以满足市场需求。
•智能化与自动化:自动化技术和智能控制系统的发展,使得高速电主轴能够更好地适应自动化生产线的需求,实现智能化操作和监控。
•轻量化与节能环保:轻量化设计和节能环保技术的应用,能够降低产品能耗和环境污染,符合可持续发展的要求。
电主轴技术水平参数一、介绍电主轴技术是现代制造业中常用的一种高速、高精度加工方法。
电主轴技术水平参数是评估电主轴技术性能的重要指标。
本文将从电主轴技术的定义、应用领域、技术原理等方面,全面、详细、完整地探讨电主轴技术水平参数。
二、电主轴技术概述电主轴技术是一种将电机与主轴结合的机床主轴系统。
它通过电机驱动主轴旋转,实现工件的高速、高精度加工。
电主轴技术广泛应用于数控机床、磨床、车床等领域,为制造业提供了高效、精确的加工解决方案。
三、电主轴技术的应用领域电主轴技术在各个制造业领域都有广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域:1. 汽车制造在汽车制造过程中,电主轴技术被用于车床、铣床等机床上,用于加工发动机零部件、车身零部件等。
电主轴技术的高速、高精度特性可以提高加工效率和产品质量。
2. 航空航天航空航天领域对零部件的精度要求非常高,电主轴技术可以满足这些要求。
它被广泛应用于加工飞机发动机零部件、航空航天设备等。
3. 电子制造电子产品的制造过程中需要进行精细的加工,电主轴技术可以提供高速、高精度的加工能力,被用于加工电子元器件、电路板等。
4. 精密机械制造精密机械制造领域的产品对加工精度要求极高,电主轴技术可以满足这些要求。
它被广泛应用于加工光学仪器、精密仪器等。
四、电主轴技术水平参数电主轴技术水平参数是评估电主轴技术性能的重要指标。
以下是几个常见的电主轴技术水平参数:1. 转速范围电主轴技术的转速范围是指电主轴能够达到的最高转速和最低转速。
转速范围越宽,说明电主轴的适用范围更广。
2. 加速度加速度是指电主轴从静止状态到最高转速所需的时间。
加速度越大,说明电主轴的响应速度越快。
3. 定位精度定位精度是指电主轴在加工过程中的定位误差。
定位精度越高,说明电主轴的定位能力越强。
4. 功率功率是指电主轴的输出功率。
功率越大,说明电主轴的加工能力越强。
5. 扭矩扭矩是指电主轴的输出扭矩。
扭矩越大,说明电主轴的加工能力越强。
2023年高速电主轴行业市场前景分析随着制造业的快速发展,高速电主轴已成为制造业中不可或缺的重要设备。
高速电主轴在机械、汽车、摩托车、轴承、航空航天、医疗器械等领域广泛应用。
由于高速电主轴具有高精度、高效率、高刚性、低噪声等特点,因此在市场上广受欢迎。
本文将分析高速电主轴市场前景。
一、市场需求高速电主轴广泛应用于各行各业,对于其性能和稳定性有着较高的要求。
近年来,自动化、智能化生产模式的普及,也需要更为高效稳定的生产设备。
高速电主轴正是符合这一需求的好产品,越来越多的企业开始使用高速电主轴作为生产设备。
未来,随着制造业的进一步发展,对高速电主轴的需求会进一步增加。
二、市场份额国内高速电主轴企业数量众多,例如浙江华腾、苏州工业园区伟尔、广州双威、深圳华联等企业。
其中,浙江华腾高速电主轴为目前国内市场占有率较高的一个品牌。
此外,国外品牌主要集中在瑞士、德国等欧洲国家和美国、日本等亚洲发达国家。
这些国外品牌主要是以高端市场为主,价格相对较高,但质量也得到了广大用户的认可。
未来,国内高速电主轴企业需要不断提高产品质量和技术水平,扩大市场份额。
三、技术创新高速电主轴的技术含量较高,需要在精度、稳定性、寿命等多个方面进行技术创新。
目前,高速电主轴的自动化、智能化程度较低,需要进一步提高。
未来,随着人工智能、机器学习等技术的普及,高速电主轴的自动化、智能化程度将进一步提高。
各企业需要密切关注技术发展动态,不断进行技术创新。
四、市场竞争随着市场需求的增加,高速电主轴企业数量也在不断增加。
市场竞争越来越激烈。
在这样的竞争环境下,企业需要不断提高产品质量和技术水平,降低成本,提高效率,满足用户需求,才能在市场上立足。
总之,高速电主轴市场前景广阔,随着制造业的快速发展,对高速电主轴的需求会进一步增加。
各企业需要密切关注市场动态,不断进行技术创新,提高产品质量和技术水平,降低成本,扩大市场份额,以满足用户需求。
高速电主轴技术的现状与发展趋势高速数控机床(CNC)是装备制造业的技术基础和发展方向之一,是装备制造业的战略性产业。
高速数控机床的工作性能,首先取决于高速主轴的性能。
数控机床高速电主轴单元影响加工系统的精度、稳定性及应用范围,其动力性能及稳定性对高速加工起着关键的作用。
1、高速电主轴对数控机床的发展以及金属切削技术的影响对于数控机床模块化设计、简化机床结构、提高机床性能方面的作用:(1)简化结构,促进机床结构模块化电主轴可以根据用途、结构、性能参数等特征形成标准化、系列化产品,供主机选用,从而促进机床结构模块化。
(2)降低机床成本,缩短机床研制周期一方面,标准化、系列化的电主轴产品易于形成专业化、规模化生产,实现功能部件的低成本制造;另一方面,采用电主轴后,机床结构的简单化和模块化,也有利于降低机床成本。
此外,还可以缩短机床研制周期,适应目前快速多变的市场趋势。
(3)改善机床性能,提高可靠性采用电主轴结构的数控机床,由于结构简化,传动、连接环节减少,因此提高了机床的可靠性;技术成熟、功能完善、性能优良、质量可靠的电主轴功能部件使机床的性能更加完善,可靠性得以进一步提高。
(4)实现某些高档数控机床的特殊要求有些高档数控机床,如并联运动机床、五面体加工中心、小孔和超小孔加工机床等,必须采用电主轴,方能满足完善的功能要求。
2、促进了高速切削技术在机械加工领域的广泛应用电主轴系由内装式电机直接驱动,以满足高速切削对机床“高速度、高精度、高可靠性及小振动”的要求,与机床高速进给系统、高速刀具系统一起组成高速切削所需要的必备条件。
电主轴技术与电机变频、闭环矢量控制、交流伺服控制等技术相结合,可以满足车削、铣削、镗削、钻削、磨削等金属切削加工的需要。
采用高速加工技术可以解决机械产品制造中的诸多难题,取得特殊的加工精度和表面质量,因此这项技术在各类装备制造业中得到越来越广泛的应用,正在成为当今金切加工的主流技术。
高精度、高转速数控机床主轴单元是承载高速切削技术的主体之一,是高精度、高效率高档数控机床的核心功能部件,是航空航天、汽车、船舶、精密模具、精密机械等尖端产品制造领域所需高档加工母机的核心部件。
目前国内外电主轴技术的发展十分迅速,各生产厂商都在高可靠性、节能性、高精度、高加工效率、环保性、智能化等方面进行持续的科技攻关,以期形成自身的特色,占领电主轴技术发展的制高点。
3、国外电主轴技术的发展趋势国外电主轴最早用于内圆磨床,上世纪80年代,随着数控机床和高速切削技术的发展和需要,逐渐将电主轴技术应用于加工中心、数控铣床等高档数控机床,成为近年来机床技术所取得的重大成就之一。
随着机床技术、高速切削技术的发展和实际应用的需要,对机床电主轴的性能也提出了越来越高的要求,目前国外从事高速数控机床电主轴研发与生产的企业主要有如下几家:德国GMN、西门子、瑞士IBAG、美国Setco、意大利Omlet、Faemat、Gamfior、日本大隈等,其中尤以GMN、IBAG、Omlet、Setco、Gammfier等几家的技术水平代表了这个领域的世界先进水平。
这些公司生产的电主轴较之国内生产的有以下几个特点:①功率大、转速高。
②采用高速、高刚度轴承。
国外高速精密主轴上采用高速、高刚度轴承,主要有陶瓷轴承和液体动静压轴承,特殊场合采用空气润滑轴承和磁悬浮轴承。
③精密加工与精密装配工艺水平高。
④配套控制系统水平高。
这些控制系统包括转子自动平衡系统、轴承油气润滑与精密控制系统、定转子冷却温度精密控制系统、主轴变形温度补偿精密控制系统等。
并在此基础之上,这些外国厂家如美国、日本、德国、意大利和瑞士等工业发达国家已生产了多种商品化高速机床。
如瑞士米克朗公司,就是世界上著名的精密机床制造商。
它生产的机床配备最高达60000r/min的高速电主轴,可以满足不同的切削要求,所有的电主轴均装有恒温冷却水套对主轴电机和轴承进行冷却,并通过高压油雾对复合陶瓷轴承进行润滑。
所有的电主轴均采用矢量控制技术,可以在低转速时输出大扭矩。
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,如钻、铣用电主轴,瑞士IBAG的HF42的转速达到140000r/min,英国WestWind公司的PCB钻孔机电主轴D1733更是达到了250000r/min;加工中心用电主轴,瑞士FISCHER最高转速达到42000r /min,意大利CAMFIOR达到了75000r/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、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200Nm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扭矩更是达到了630N·m;在高速段大功率方面,一般在l0~50kW;CYTEC电主轴的最大输出功率为50kW;瑞士Step—Tec 电主轴的最大功率更是达到65kW(S1),用于航空器制造和模具加工;更有电主轴功率达到80kW 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0.001mm 以内、轴向定位精度<0.0005mm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)电主轴内装电机性能和形式多样化为满足实际应用的需要,电主轴电机的性能得到了改善,如瑞士FISCHER主轴电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,出现了永磁同步电机电主轴,与相同功率的异步电机电主轴相比,同步电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ls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、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、大的传递扭矩能力、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、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,但传递扭矩的能力稍大一些,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、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、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。
4、我国电主轴技术的现状及与国外的差距国内从事电主轴研究与生产的企业总体上来说与国外上述公司相比在产品研发以及技术的创新能力上不具有优势,但是具有相对的成本优势。
国外数控机床主轴公司往往只负责主轴的总体设计、技术研发以及零部件装配和测试工作,其余的关键零部件例如:主轴轴承、内装电机、主轴松拉刀机构、动力油缸或气缸、主轴轴承润滑油品等全部实行采购,在产业的分工与合作上具有很强的组织性和互补性,同时由于分工的细致,机床主轴生产商与各附件生产商之间形成了良性的循环,各自针对本专业的关键技术投入人力物力进行科技攻关,由此带动了国外电主轴行业的整体技术进步。
反观国内厂商,各自为战,技术资源分散,除洛阳轴研科技作为原来国家轴承行业的技术归口所拥有一定的综合研发实力外,其他的企业基本上是在模仿国内外同行的产品进行生产,技术实力较弱,创新能力严重不足。
在涉及电主轴轴承润滑、零部件材料选取以及加工工艺、内装式主轴电机、松拉刀接口、主轴轴承润滑油品等方面没有自己独立的知识产权和核心技术,尤其是在电主轴的附件领域如伺服驱动控制器、编码器、动力油缸或气缸、智能传感器等方面表现的更为突出,基本上是国外产品包打天下。
这也是直到目前为止制约国产高档数控机床发展的关键原因所在。
国产电主轴和国外产品相比较,无论是性能、品种和质量都有较大差距,国产电主轴产品和国外的相比较,主要存在以下差距:①国外电主轴低速段的输出扭矩最大可达 1000N·m ,而我国目前仅在300N·m以内。
②在高转速方面,国外用于加工中心的电主轴转速已达 75000r/min,我国则多在 30000r/min以内。
③电主轴的轴承润滑,国外普遍采用油气润滑,而我国仍用油脂润滑。