單剛*，單文桃，芮曉倩

（江蘇理工學(xué)院，江蘇常州，213001）

電主軸關(guān)鍵技術(shù)研究綜述

單剛*，單文桃，芮曉倩

（江蘇理工學(xué)院，江蘇常州，213001）

高速電主軸作為高速機(jī)床的核心功能部件之一，已經(jīng)成為世界各主要工業(yè)國(guó)重點(diǎn)研究對(duì)象。本文在總結(jié)電主軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，論述了電主軸的關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)介紹了國(guó)內(nèi)外電主軸技術(shù)的現(xiàn)狀，分析了我國(guó)電主軸技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)水平之間的差距，最后指出了國(guó)產(chǎn)電主軸的研究發(fā)展方向。

電主軸；關(guān)鍵技術(shù)；研究方向

引言

國(guó)家在最新出臺(tái)的“關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見”中已經(jīng)明確指出：發(fā)展大型、精密、高速數(shù)控裝備及其功能部件是振興裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)，而發(fā)展數(shù)控功能部件是當(dāng)務(wù)之急，是裝備業(yè)振興的必要條件。電主軸作為高速機(jī)床的核心功能部件之一[1]，它將主軸電機(jī)直接置于機(jī)床主軸單元內(nèi)部直接驅(qū)動(dòng)主軸，使機(jī)床傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到極大簡(jiǎn)化，實(shí)現(xiàn)了“零傳動(dòng)”。因?yàn)殡娭鬏S具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)，可以很好地改善機(jī)床的動(dòng)平衡，避免振動(dòng)和噪聲，同時(shí)傳統(tǒng)的滾動(dòng)軸承主軸結(jié)構(gòu)難以滿足高速機(jī)床高轉(zhuǎn)速、高精度的要求，因此電主軸在高速機(jī)床中得到了廣泛地應(yīng)用。美國(guó)、德國(guó)、日本、意大利等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，都在數(shù)控機(jī)床上廣泛采用電主軸結(jié)構(gòu)，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。隨著高速加工技術(shù)的迅猛發(fā)展，各工業(yè)部門特別是航天、航天、汽車和模具加工等行業(yè)，對(duì)高性能、高精度數(shù)控機(jī)床的需求越來越迫切[2]。同時(shí)，高速電主軸是完成高速加工的戰(zhàn)略性關(guān)鍵，其性能指標(biāo)直接決定機(jī)床的發(fā)展水平。因此，對(duì)電主軸關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究顯得十分重要。

1 電主軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

在裝備制造業(yè)中，傳統(tǒng)的機(jī)床主軸是由電機(jī)通過中間變速和傳動(dòng)裝置（如皮帶、齒輪、聯(lián)軸節(jié)等），驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行工作的，這種主軸形式稱為分離式和直聯(lián)式主軸（通稱機(jī)械主軸），與此相比，電主軸具有以下特點(diǎn)：

（1）主軸由內(nèi)裝式電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)[3]，取消了帶輪傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)等傳動(dòng)裝置，使機(jī)械結(jié)構(gòu)得到了極大的簡(jiǎn)化，具有結(jié) ro構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、振動(dòng)小、噪聲低和精度高等優(yōu)點(diǎn)。

（2）采用交流高頻電動(dòng)機(jī)，可使電主軸在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，這樣可以滿足機(jī)床工作時(shí)不同工況和負(fù)載變化的需要。

（3）由于電主軸取消了電機(jī)到主軸傳動(dòng)鏈中的齒輪、皮帶等一切中間傳動(dòng)裝置，由動(dòng)力源對(duì)主軸直接驅(qū)動(dòng)，減少了傳動(dòng)沖擊等外力作用，主軸可在高速條件下運(yùn)行的更加平穩(wěn)，同時(shí)主軸軸承承受的動(dòng)載荷較小，延長(zhǎng)了主軸軸承1的精度和壽命。

（4）電動(dòng)機(jī)內(nèi)置于主軸兩支承之間，這與用帶輪、齒輪等作末端傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)相比，可提高主軸系統(tǒng)的剛度，也就提高了系統(tǒng)的固有頻率，從而提高了臨界速度值。這樣，即使電主軸在最高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，仍可確保低于其臨界轉(zhuǎn)速，確保高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的安全。

（5）采用內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)矢量控制、伺服控制等技術(shù)，這樣不僅可以滿足機(jī)床低速重切削時(shí)的大轉(zhuǎn)矩，高速精加工時(shí)大功率的要求，還能實(shí)現(xiàn)停機(jī)角向準(zhǔn)確定位（即準(zhǔn)停）及C軸功能，同時(shí)滿足要求有準(zhǔn)停和C軸功能的加工中心、數(shù)控車床及其他數(shù)控機(jī)床的需要。

（6）實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)和主軸的一體化、單元化，使電主軸能夠由制造商進(jìn)行系列化、規(guī)?；蛯I(yè)化生產(chǎn)，電主軸能夠以商品的形式進(jìn)入市場(chǎng)，成為專門的數(shù)控機(jī)床功能部件之一，以供主機(jī)使用，促進(jìn)了機(jī)床模塊化和其他技術(shù)的發(fā)展。

圖1 電主軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 高速電主軸技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

高速電主軸是高速數(shù)控機(jī)床的核心功能部件之一，主要包括高速主軸軸承、主軸電機(jī)及其控制模塊、潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)、主軸刀柄接口等。因此，高速電主軸是一種直接依賴于高速精密軸承技術(shù)、高速電機(jī)與驅(qū)動(dòng)技術(shù)、油氣潤(rùn)滑與冷卻技術(shù)、精密制造與裝配技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，以及內(nèi)置編碼器技術(shù)、自動(dòng)換刀技術(shù)、在線自動(dòng)動(dòng)平衡技術(shù)等相關(guān)配套技術(shù)的高度機(jī)電一體化的數(shù)控機(jī)床等關(guān)鍵功能部件[4]。高速電主軸技術(shù)的研究已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外高速數(shù)控系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)問題，其研究水平的高低是數(shù)控技術(shù)水平的標(biāo)志。

2.1 國(guó)外高速電主軸技術(shù)的研究現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)高速電主軸的研究開始較早，最早應(yīng)用于內(nèi)圓磨床。隨著高速切削技術(shù)的發(fā)展，電主軸逐漸應(yīng)用于各類高速數(shù)控機(jī)床中。目前世界上各主要的工業(yè)國(guó)家出現(xiàn)了許多機(jī)床電主軸功能部件的專業(yè)制造商，其中比較著名的有：瑞士的Fisher公司和IBAG公司，德國(guó)的GMN公司和FAG公司，美國(guó)的PRECISE公司，意大利的 CAMFIOR和 FOEMAT公司，日本的 NSK公司和MAZAK公司，以及瑞典的SKF公司等。其中，瑞士的IBAG公司在電主軸行業(yè)技術(shù)領(lǐng)先，現(xiàn)在被公認(rèn)為代表了行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)[5]。IBAG公司提供的電主軸已經(jīng)系列化，標(biāo)準(zhǔn)化，最大轉(zhuǎn)速可達(dá)180000r/min，直徑范圍33到300mm，功率范圍125W80Kw[6]。日本的MAZAK公司生產(chǎn)的MEGA-8800重切削臥式加工中心，配備了大功率、大扭矩電主軸，其輸出功率達(dá)85Kw，最大輸出扭矩1249Nm，適用于鎳基合金、鈦合金等難加工材料的加工[7]。

這些公司生產(chǎn)出的電主軸具有以下特點(diǎn)：

（1）功率大、轉(zhuǎn)速高。

（2）采用高速、高剛度軸承。國(guó)外高速精密主軸上采用高速、高剛度軸承主要有陶瓷軸承和液體動(dòng)靜壓軸承，特殊場(chǎng)合使用磁懸浮軸承和空氣潤(rùn)滑軸承。

（3）精密加工與精密裝配工藝水平高。

（4）配套控制系統(tǒng)水平高。這些控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)子自動(dòng)平衡系統(tǒng)、軸承油氣潤(rùn)滑與精密控制系統(tǒng)、定轉(zhuǎn)子冷卻溫度精密控制系統(tǒng)、主軸變形溫度補(bǔ)償精密控制系統(tǒng)等。

2.2 國(guó)內(nèi)高速電主軸技術(shù)的研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)60年代，國(guó)內(nèi)開始對(duì)電主軸進(jìn)行應(yīng)用研究，主要用于零件內(nèi)表面的磨削[8]。由于采用了無內(nèi)圈式向心推力球軸承，使電主軸功率較低，剛度較小，限制了高速電主軸的產(chǎn)業(yè)化。隨著電主軸技術(shù)在國(guó)內(nèi)的不斷發(fā)展，到了20世紀(jì)80年代末90年代初，國(guó)內(nèi)一些科研單位和廠商開始研制其他用途的高性能電主軸。目前，國(guó)內(nèi)也涌現(xiàn)出了一些專業(yè)的電主軸科研單位和公司。其中，河南省洛陽軸承研究所，其中河南省洛陽軸承研究所已經(jīng)研制開發(fā)了額定轉(zhuǎn)速從5000r/min 到150000r/min，功率從0.2Kw到75Kw的13個(gè)系列的160余種電主軸產(chǎn)品，但其產(chǎn)品主要是用于軸承內(nèi)圓磨削的高速電主軸[9]。安陽萊必泰機(jī)械有限公司研制生產(chǎn)的加工中心用電主軸，采用了先進(jìn)的矢量閉環(huán)控制技術(shù)，能對(duì)主軸恒功率調(diào)速、準(zhǔn)停制動(dòng)，但其主要指標(biāo)僅做到了最高轉(zhuǎn)速達(dá) 12000r/min、功率范圍為3.7～25Kw[10]。漢川機(jī)床有限責(zé)任公司也先后研制出5.5Kw和15Kw的大功率電主軸，錐孔振擺僅為 0.005mm/300mm，與日本電主軸的指標(biāo)十分接近，最大噪聲65dB，不加冷卻的情況下最大溫升低15℃，重量?jī)H150kg，但其最高轉(zhuǎn)速只能達(dá)到15000r/min[11]?？傊?，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的磨削用電主軸的轉(zhuǎn)速在150000以內(nèi)；加工中心用電主軸在30000r/min，轉(zhuǎn)矩達(dá) 200Nm的加工中心用電主軸轉(zhuǎn)速只有 4000r/min;車削用電主軸最高轉(zhuǎn)速可到12000r/min,最大功率只有11Kw。

近幾年，雖然我國(guó)電主軸技術(shù)發(fā)展迅速，但是與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家相比差距仍然很大，主要表現(xiàn)在：（1）高轉(zhuǎn)速；（2）低速大轉(zhuǎn)矩；（3）高精密支承軸承技術(shù)；（4）冷卻與潤(rùn)滑技術(shù)；（5）在線監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)；（6）高性能電動(dòng)機(jī)及電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)等方面。因此，在高轉(zhuǎn)速、高精度的高速數(shù)控機(jī)床和加工中心用電主軸，主要還是依靠進(jìn)口。

2.3 與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)之間的差距

我國(guó)電主軸技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)水平差距主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）電主軸的低速大轉(zhuǎn)矩方面。國(guó)外電主軸在低速段的輸出轉(zhuǎn)矩可達(dá)300Nm以上，有的甚至可以超過600Nm（如德國(guó)的CYTEC），而國(guó)內(nèi)多在100Nm以內(nèi)。

（2）高速方面。國(guó)外用于加工中心用電主軸的轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到 75000r/min（如意大利的 CAMFIOR公司），而我國(guó)大多在20000r/min以下。鉆、銑用電主軸方面，國(guó)外已經(jīng)達(dá)到了260000r/min（比如日本的SEIKO SEIKI），而我國(guó)電主軸的最高轉(zhuǎn)速為150000r/min。

（3）電主軸的潤(rùn)滑方面。國(guó)外已經(jīng)普遍使用先進(jìn)的油氣潤(rùn)滑，而我國(guó)雖然有部分企業(yè)和研究所使用油氣潤(rùn)滑方式，但仍有較多企業(yè)和研究所仍以油脂潤(rùn)滑和油霧潤(rùn)滑為主。

（4）電主軸的支承方面。國(guó)外已經(jīng)有了動(dòng)靜壓液（氣）浮軸承電主軸（瑞士IBAG）、磁懸浮軸承的電主軸（瑞士IBAG）的成熟產(chǎn)品。而我國(guó)仍然處于科學(xué)研究、試驗(yàn)和開發(fā)階段。

（5）其他與電主軸相關(guān)的配套技術(shù)方面。如主軸電動(dòng)機(jī)矢量控制和交流伺服控制技術(shù)、精確定向（準(zhǔn)停）技術(shù)、快速起動(dòng)與停止技術(shù)等，這些技術(shù)國(guó)外已經(jīng)比較成熟，而國(guó)內(nèi)仍然不夠成熟，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。

（6）在產(chǎn)品的品種、數(shù)量和制造規(guī)模方面。盡管國(guó)內(nèi)已經(jīng)有部分制造商從事電主軸的研究和制造，但是仍然以磨床用電主軸為主，對(duì)于數(shù)控機(jī)床用電主軸仍處于少量開發(fā)與研究階段，遠(yuǎn)沒有形成系列化、專業(yè)化和規(guī)?；a(chǎn)，還無法與國(guó)外先進(jìn)水平相比，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)日益增長(zhǎng)的需要。

3 電主軸關(guān)鍵技術(shù)

從表1的對(duì)比中可以發(fā)現(xiàn)，在高速電主軸的整體制造技術(shù)上，我國(guó)與國(guó)外仍存在較大差距，主要體現(xiàn)在高速精密軸承的研制、主軸電機(jī)及控制技術(shù)、高速和高精度條件下冷卻技術(shù)和振動(dòng)的抑制、主軸零件與電機(jī)的裝配問題等關(guān)鍵技術(shù)方面，同時(shí)這也是影響我國(guó)高速電主軸發(fā)展的關(guān)鍵因素。

表1 國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床和加工中心用電主軸的主要參數(shù)表

3.1 高速精家軸承技術(shù)

高速精密軸承是高速電主軸的核心支承部件，它需要滿足高速、高剛度的要求，所以軸承的選擇和設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵。對(duì)于高速、高精度的主軸來說，很高的 DmN值（即主軸軸承的平均直徑（mm）與主軸的極限轉(zhuǎn)速（r/min）的乘積值），應(yīng)該要滿足在要求的轉(zhuǎn)速下的DmN值。因?yàn)殡娭鬏S的最高轉(zhuǎn)速取決于軸承的大小、布置和潤(rùn)滑方法，所以軸承必須要具備高速性能好、動(dòng)態(tài)負(fù)荷承載承載力高、潤(rùn)滑性能好、發(fā)熱量小等特點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外高速電主軸多采用角接觸球軸承、動(dòng)靜壓軸承以及磁懸浮軸承。

動(dòng)靜壓軸承[12]綜合了動(dòng)壓軸承和靜壓軸承的優(yōu)點(diǎn)，是一種新型多油楔油膜軸承，它具備很好的高速性能，并且調(diào)速范圍寬。它既適合大功率的粗加工，又適用于超高速的精加工，但是這種軸承需經(jīng)過專門設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)化程度低，所以應(yīng)用比較少。角接觸球軸承[13]是精密數(shù)控機(jī)床常用的主軸支承，影響其高速性能的原因主要是在高速條件下滾珠上的離心力和陀螺力矩都會(huì)增大，這會(huì)使?jié)L珠與軸承外圈的接觸壓力增大，從而使摩擦和溫升增加。為了提高角接觸球軸承的高速性能，常采用的方法是減小滾珠的直徑、采用質(zhì)量較輕的材料做滾珠等。磁懸浮軸承[14]雖然不存在機(jī)械接觸，轉(zhuǎn)軸可達(dá)到極高的轉(zhuǎn)速，但是由于造價(jià)高，控制系統(tǒng)過于復(fù)雜，同時(shí)發(fā)熱問題不易解決，通常只用于特殊場(chǎng)合。

3.2 主軸電機(jī)及控制技術(shù)

主軸電機(jī)的性能不僅關(guān)系到主軸的最大功率和力矩，甚至決定了整個(gè)電主軸的性能。合理選擇電機(jī)類型，設(shè)計(jì)電機(jī)的電磁參數(shù)，使電機(jī)單位體積下的功率密度更高、體積和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相對(duì)較小具有重要意義[15]。

因?yàn)橛来烹姍C(jī)受功率的限制，電主軸的電動(dòng)機(jī)多采用交流異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，采用矢量閉環(huán)控制來實(shí)現(xiàn)定位準(zhǔn)停和剛性攻絲的要求。隨著永磁電機(jī)性能的不斷增強(qiáng)，在控制精度和調(diào)速范圍上較異步電機(jī)有優(yōu)勢(shì)，所以越來越多的電主軸采用交流永磁同步電機(jī)。與采用異步電動(dòng)機(jī)的電主軸相比，同步電主軸的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在：轉(zhuǎn)子不發(fā)熱，從而有效減小了電主軸的熱變形；轉(zhuǎn)子無損耗，電主軸具有較大的功率密度，工作效率高；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)和準(zhǔn)停；低速性能好，易于實(shí)現(xiàn)精密控制。在加工中心的應(yīng)用中，同步電主軸就顯示出了占用空間小、結(jié)構(gòu)緊湊，特別適合高精度強(qiáng)力重載加工場(chǎng)合的優(yōu)勢(shì)。電主軸的伺服控制需要滿足精準(zhǔn)定位和高加減速的要求，因此多采用矢量控制算法，該算法的控制系統(tǒng)由電流內(nèi)環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)組成。高速的全數(shù)字處理器的使用不僅使復(fù)雜的伺服控制算法得以實(shí)現(xiàn)，而且保證了電主軸相應(yīng)的快速性和伺服控制精度。目前，國(guó)內(nèi)小功率的永磁同步電機(jī)及伺服控制技術(shù)水平與國(guó)外差距不大，但是在大功率、高轉(zhuǎn)速永磁同步電機(jī)方面與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家差距較大，特別是功率40KW，轉(zhuǎn)速10000r/min以上的永磁同步電機(jī)及控制技術(shù)，這仍是我國(guó)電主軸技術(shù)中需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。

3.3 電主軸的潤(rùn)滑及冷卻技術(shù)

高速電主軸的潤(rùn)滑主要指的是主軸軸承的潤(rùn)滑，軸承作為高速電主軸的核心支承部件，在高速回轉(zhuǎn)時(shí)，采用正確的潤(rùn)滑方式顯得極為重要，如果稍有不慎，就會(huì)導(dǎo)致軸承因?yàn)檫^熱而燒壞。同時(shí)軸承必須采用合理的、可控制的潤(rùn)滑系統(tǒng)來控制軸承的溫升，從而保證機(jī)床工藝系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。高速電主軸的潤(rùn)滑方式的選擇與軸承的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、容許溫升及軸承的類型有關(guān)，可采用的潤(rùn)滑方式有油脂潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑、油氣潤(rùn)滑、噴射潤(rùn)滑以及環(huán)下潤(rùn)滑等[16]。

電主軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是把電動(dòng)機(jī)的定子直接安裝在殼體內(nèi)，同時(shí)，電主軸內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，使得主軸功率密集，這就會(huì)不可避免地引發(fā)散熱問題。發(fā)熱引發(fā)的熱變形將導(dǎo)致機(jī)床喪失加工精度。電主軸內(nèi)部主要有兩個(gè)熱源：電動(dòng)機(jī)損耗發(fā)熱和軸承摩擦發(fā)熱[17]。電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量主要通過主軸殼體散熱[18]，且有一部分熱量會(huì)通過主軸傳遞到軸承上，加劇了軸承溫升，影響其使用壽命，同時(shí)造成轉(zhuǎn)軸發(fā)生熱變形，影響其加工精度，嚴(yán)重降低了主軸系統(tǒng)的可靠性。

電主軸的主要冷卻措施是電機(jī)定子與殼體連接處設(shè)計(jì)循環(huán)冷卻水套[19]，同時(shí)采用合理的潤(rùn)滑方式也可減少熱量，如油氣潤(rùn)滑對(duì)軸承不僅有潤(rùn)滑作用，還具有一定的冷卻作用。

3.4 電主軸的動(dòng)平衡技術(shù)

在高速旋轉(zhuǎn)和切削的情況下，電主軸運(yùn)轉(zhuǎn)部分微小的不平衡量，都會(huì)引起巨大的離心力，造成機(jī)床的振動(dòng)，振動(dòng)過大會(huì)引起劇烈的磨耗和破損，增加主軸承載的動(dòng)態(tài)負(fù)荷，降低壽命和精度。電主軸的動(dòng)態(tài)特性很大程度上決定了機(jī)床的加工質(zhì)量和切削能力。因此，對(duì)高速電主軸動(dòng)平衡特性的研究也是電主軸關(guān)鍵技術(shù)的一個(gè)熱點(diǎn)問題。

為了使轉(zhuǎn)子在裝配后達(dá)到精確的動(dòng)平衡，在設(shè)計(jì)初就應(yīng)該充分考慮造成其動(dòng)平衡問題的受迫力和自激振動(dòng)能力的因素，所設(shè)計(jì)的主軸部件應(yīng)該對(duì)這兩類性質(zhì)不同的振動(dòng)都具有良好的抵抗能力，以保證電主軸在高速切削的時(shí)候具有良好的運(yùn)轉(zhuǎn)精度和傳動(dòng)能力。

高速電主軸的動(dòng)平衡精度的要求十分嚴(yán)格，一般應(yīng)達(dá)到G1G0.4級(jí)。這樣高的要求不僅在裝配前對(duì)每個(gè)零件進(jìn)行動(dòng)平衡，而且在裝配后還要進(jìn)行整體精確動(dòng)平衡，甚至要設(shè)計(jì)專門的自動(dòng)平衡系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)主軸的在線平衡[20]，從而保證主軸的高速平穩(wěn)運(yùn)行。

4 國(guó)內(nèi)電主軸技術(shù)研究方向

本文在綜述數(shù)控機(jī)床用電主軸單元技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，并分析電主軸的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，總結(jié)出數(shù)控機(jī)床電主軸單元技術(shù)研究方向，主要有以下幾個(gè)方面：

（1）以減少發(fā)熱、提高主軸功率密度為目標(biāo)，解決永磁同步電機(jī)容量低、弱磁困難的技術(shù)難題，研制開發(fā)出高性能永磁同步電主軸及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

（2）以提高主軸壽命為目標(biāo)，解決液體動(dòng)靜壓軸承最高轉(zhuǎn)速低的問題，研制以液體動(dòng)靜壓軸承為支承的大功率電主軸。

（3）研究開發(fā)更方便、更精確的潤(rùn)滑方式，改善軸承在高速條件下的潤(rùn)滑狀態(tài)，提高其使用壽命。加強(qiáng)油氣潤(rùn)滑、環(huán)下潤(rùn)滑等新型少油潤(rùn)滑技術(shù)的研究，為高速電主軸未來發(fā)展開辟新途徑。

（4）加快研究電主軸單元的在線動(dòng)平衡技術(shù)，提高主軸的運(yùn)轉(zhuǎn)精度。

（5）加強(qiáng)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在高速電主軸設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究。開發(fā)集設(shè)計(jì)、工藝分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等子專家系統(tǒng)于一體的并行式多專家電主軸CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

隨著高速加工技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)數(shù)控機(jī)床用電主軸提出了越來越高的要求，電主軸作為高速數(shù)控機(jī)床的核心部件，自然也成為了國(guó)內(nèi)研究的重點(diǎn)。我國(guó)在“十二五”規(guī)劃中明確提出了電主軸對(duì)于裝備制造業(yè)發(fā)展的重要意義，因此，我國(guó)應(yīng)把電主軸技術(shù)的研究作為發(fā)展裝備制造業(yè)的重點(diǎn)。

電主軸單元是一套組件，它是一項(xiàng)涉及電主軸本身及其附件的系統(tǒng)工程，它融合的技術(shù)包括：高速精密軸承、內(nèi)置式無外殼電機(jī)、動(dòng)平衡控制技術(shù)、潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)等，各方面的技術(shù)都需要深入研究。

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A Summary of Key Technology Research on Motorized Spindle

SHAN Gang*,SHAN Wentao,RUI Xiaoqian
(Jiangsu University of Technology,Jiangsu Changzhou,213001,China)

Motorized spindle as one of the core functional units of high speed machine tool,has become the key study object in main industrial countries all over the world.This paper summarizes the structural characteristics of motorized spindle,discusses the key technology of motorized spindle,emphatically introduces the present situation of motorized spindle technology at home and abroad,analyzes the gap between our country's motorized spindle technology and foreign advanced level,finally points out the research and development direction of domestic motorized spindle.

motorized spindle; key technology; research direction

A

1672-9129(2017)06-0103-04

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.06.035

單剛,單文桃,芮曉倩. 電主軸關(guān)鍵技術(shù)研究綜述[J]. 數(shù)碼設(shè)計(jì),2017,6(6)： 103-105.

Cite：SHAN Gang,SHAN Wentao,RUIXiaoqian. A Summary of Key Technology Research on Motorized Spindle[J]. Peak Data Science,2017,6(6)： 103-105.

2017-02-03；

2017-03-10。

單剛，（1992-），在2015年于鹽城工學(xué)院獲得學(xué)士學(xué)位?，F(xiàn)為江蘇理工學(xué)院研究生在讀。主要研究方向?yàn)楦咚匐娭鬏S技術(shù)。

國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金（51405209）；江蘇省青藍(lán)工程優(yōu)秀青年骨干教師項(xiàng)目。

Email：759737832@qq.com