浅析电主轴在数控车床中的应用

　　摘　要：电主轴主要具有结构简单、响应性能良好，以及转动惯量、功率损耗相对较小等优点，这是满足现代数控车床产品高速运转和进行精密零件加工的基础。文章从专业技术的角度出发，分析了电主轴的基本工作原理，及其在数控车床中应用的关键技术和保养、维修技巧，仅供参考。
　　关键词：数控车床；电主轴；高速轴承技术；转动惯量；润滑技术
　　随着现代数控车床产品中高速切削技术的不断发展与应用，特别是新型切削刀具的研发，都有效促进了数控机床的高精度、高效能、高智能化、高速度发展。在现代数控车床产品的研发与生产中，电主轴是其核心部件之一，也是适宜数控机床产品高性能工况的先决条件。在高速数控机床的设计与制造中，高速主轴的应用Z为关键，为了进一步促进国内制造企业技术水平的不断提升，加强电主轴在高速数控机床中的应用研究是十分重要的，也是我国数控车床制造技术发展的重要标志。
　　一、电主轴的基本工作原理
　　在数控车床产品中应用的电主轴主要是将新型内装式大功率电动机安装于主轴上，并且形成一个完整的数控车床主轴单元。数控机床中电主轴的应用，有利于实现产品的高加速度、定角度运行，并且利用先进的矢量控制电气驱动与交流变频调速技术，实现数控机床的宽调速。随着现代数控车床产品不断向高速度、高精度的方向发展，电主轴在车床产品中应用日趋广泛，也是决定产品整体性能和品质的关键技术环节。
　　电主轴在数控车床中的应用具有高速化、稳定性能、动态精度良好的特点，进而满足数控车床进行精密加工、高速切削的实际需要。电主轴的结构形式较为简单，而且有机结合了伺服控制技术与闭环矢量控制技术的优势，不但满足了数控车床低速粗切削过程中的大转矩与高速精加工过程的大功率需求，而且实现了数控机床在停机时的角向定位要求和C轴的快速传动功能。同时，数控车床中应用的电主轴还结合了较为先进的交流变频技术，以保证数控车床可以在额定的转速范围内，实现无级变速的操控要求，以满足现代数控车床产品在各种负载与工况变化情况下的具体需要。
　　二、数控机床中装配高速电主轴的关键技术分析
　　电主轴在数控车床产品的应用中，必须注重其结构的合理设计，而且要保证产品的机械性能满足实际运行需求。同时，要采取有效的冷却和润滑技术措施，从而延长产品的整体使用性能。综合分析数控机床中装配高速电主轴的关键技术，主要表现在以下几个方面：
　　（一）高速轴承技术
　　高速轴承技术是实现数控车床精密化、高速化运转的关键技术措施之一，也是提升产品整体性能中不容忽视的技术研究项目。目前，国内在电主轴的研发中，常用的轴承主要有：液体动静压轴承、磁悬浮轴承、精密滚动轴承与气体静压轴承等。如果对于数控车床的整体性能要求更为严格，则必须装配优质的精密圆柱滚子轴承或角接触陶瓷球轴承。在国内现在主流的数控车床产品中，角接触陶瓷球轴承因具有较为良好的径向承受能力与轴向载荷，而得到了广泛的应用。同时，角接触陶瓷球轴承还具有结构简单、高速性好、刚度高，以及品种、规格繁多等优点，是现代电主轴的主导产品类型之一。
　　（二）冷却技术
　　数控车床中应用的电主轴主要有两个内部热源，即主轴轴承与内置电动机的发热，如果不能进行有效的控制，将有可能引发数控车床产品出现严重的热变形现象，甚至降低其加工精度与整体使用寿命。由于数控车床产品的电主轴主要采用内藏式的主轴结构形式，其电机位于主轴单元内，不能采用传统的风扇散热方式，所以机械自身的散热能力相对较差。因此，在数控车床电主轴运转过程中，必须采取有效的技术措施加快能量的转换，即促进内部功能损耗的增大，从而促使电机的快速散热。国内相关技术单位研究表明：在电主轴电机部分高速运转的情况下，约有1/3的热量是由电机的转子产生，而且将大部分热量通过定子、转子进行散发；其余2/3的热量则是由电机的定子产生，所以解决电机散热问题的主要途径是在电主轴电机的定子中利用冷却液的循环流动，实行对电机的强制冷却，从而加快电机局部热量的散发。
　　（三）润滑技术
　　在数控车床中应用高速电主轴时，必须采取合理、有效的轴承润滑方式，以加强对轴承不均匀升温问题的控制。现代数控车床产品对于工艺系统的稳定性、精度要求较高，所以合理选取润滑方式是至关重要的。目前，国内在电主轴的润滑中常用的方式主要有：油雾润滑、脂润滑与油气润滑等。实践表明，在电主轴的润滑过程中，供油量过少、过多都有一定的危害性，而油雾润滑、脂润滑在应用中对于供油量的控制较为困难，难以保证电主轴中轴承的转速与寿命。而油气润滑的实际效果较为理想，并具有可靠性较高的优点。
　　三、电主轴的保养与维修技巧
　　在数控车床产品进行高速、精度加工时，电主轴是其关键的功能部件。为了保证数控车床的实际运转需求，必须定期对电主轴进行合理的保养与维修，这样不但有利于降低产品的生产成本，而且是提高生产效率、加工质量的先决条件。笔者总结出如下电主轴的保养与维修技巧：
　　（一）严格按照使用说明书进行操作
　　在数控机床产品的应用中，操作人员必须严格按照使用说明书进行相关操作，尤其是要了解电主轴及相关配件的基本构造与性能，特别是要熟悉电主轴在搬运、安装、冷却供水、供油、供动力电、供气等方面的基本要求，一定要严格控制操作过程中的超额定功率运转，以保证电主轴性能的发挥，进一步降低其维修成本。
　　（二）保持电主轴的清洁
　　对于短期内不使用的电主轴必须利用压缩空气将其水腔内的水完全吹净，电主轴的套筒、刀具等也要定期涂抹防护油，在冷却水管、油气管的接头处必须安装保护套保。对于操作车间也要定期进行除灰尘处理，以防止电主轴的相关构件因落入灰尘而出现影响效率的问题。
　　（三）运行中加强实时监控
　　在数控车床的运行过程中，操作人员必须严格按照相关操作技术规程，对于电主轴的气管、油管等要加强实时监控，检查气管是否出现漏气的问题，以及供油量是否满足运行需求。在运行监控中操作人员还要注意电主轴是否出现异常声响的问题，外壳的温度是否正常，以及其在进行高精度零件的加工时，是否出现表面质量缺陷或尺寸公差等问题。在数控车床的运行中，要尽量避免出现突然“刹车”的现象，以造成轴承卡死或工件尺寸不达标，对于生产环节是极其不利的。
　　四、结语
　　综上所述，电主轴在数控车床中的应用日趋广泛，与国内机械制造先进国家相比，国内在电主轴技术的研究与应用方面仍然存在一定的差距，这也是阻碍我国数控车床研发、生产技术快速发展的主要因素。近年来，随着现代数字技术、变频技术的不断发展，国内在数控车床产品中应用的电主轴技术日趋成熟，特别是高速电主轴技术的应用已经成为主流趋势，有效促进了数控车床产品的智能化、高速化、精度化发展。