厂家浅谈数控金切机床的高速主轴系统

数控金切机床的高速主轴系统

数控金切机床的高速主轴系统，顾名思义是具有高回转速度，但这并无严格的界限。对作为高速切削机床代表的加工中心和数控铣床而言，一般是指最高转速≥10r/min的主轴系统，并相应具有高的角加(减)速度，以实现主轴的瞬时升降速与起停。为适应制造业对机床加工精度愈来愈高的要求，高速切削主轴还应有较高的回转精度，通常要求主轴的径向跳动小于1或2μm，轴向窜动小于1μm。此外，主轴也要有足够的静、动刚度，以承受一定的切削负荷和保持高的回转精度。

传统的主轴系统包含皮带、齿轮等中间传动环节，不仅转动惯量大，难于实现高的角加(减)速度，而且高速时也难于解决中间传动环节出现的振动和噪声。因此，现在的高速主轴系统大多是把电动机与主轴“合二而一”、将传动链缩短为零的电主轴单元，结构上基本是把主电动机置于主轴前后轴承之间。这样的电主轴，轴向尺寸较短，结构紧凑，主轴刚度高，出力较大。图1所示德国gmn公司用于加工中心和数控铣床的电主轴就是这种结构，其轴承是适合高速运转的精密角接触球轴承(一般相当于国际标准p2和p4级)，所有关键零件都必须进行精密加工和精密装配，同时还要用恒温冷却水对主电机的定子和前后轴承进行冷却。gmn用于加工中心和数控铣床的电主轴共有20几种型号。

现在，也有极少数高速轻切削铣床，使用将主电机置于主轴后轴承之后的电主轴。这种结构的电主轴轴向尺寸长，但可改进散热条件。此外，某些主轴最高转速在100r的加工中心和铣床，不是采用电主轴而是通过薄膜式之类的联轴节，将主电动机与主轴直接连接，从而省去主轴冷却系统。不过，此方式既增加了转动惯量，影响角加(减)速度，而且两者直连后的非直线性又会引起振动(转速愈高对直线性的调准要求也愈高)，故不宜用于主轴转速更高的机床。

当前的高速电主轴，几乎都是内置异步交流感应电动机。异步型电主轴的优点是结构较简单，制造工艺相对成熟和安装方便，特别是可以更大限度地减弱磁场，易于实现高速化。此种主轴电机也正在进一步改进，比如日本三菱电机公司最近开发出可减少电损耗和缩短定子长度的高速、高效率内置感应主轴电动机。

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