我國(guó)已是世界第4制造大國(guó)熬皮，特別是近年來(lái)恬总，汽車工業(yè)的飛速發(fā)展驼修，國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)需求依然強(qiáng)勁盆犁。但是魁跷，我國(guó)并非制造強(qiáng)國(guó)孟若，制造業(yè)存在技術(shù)力量薄弱、規(guī)模小洗念、產(chǎn)品檔次較低等問(wèn)題炮方。

從加工中心的發(fā)展來(lái)看，必須及時(shí)和持續(xù)地進(jìn)行關(guān)鍵功能部件的研究和開(kāi)發(fā)提蕴，才能夠滿足不斷發(fā)展和變化的市場(chǎng)需求誊批。從主軸單元部件來(lái)看，與國(guó)外水平相比灼镣，差距還是比較大的卦唇。作為關(guān)鍵部件的主軸單元功能部件應(yīng)進(jìn)行系列化、工程化設(shè)計(jì)與制造丐浑，不斷提高主軸的轉(zhuǎn)速等性能指標(biāo)欢公，使主軸單元成為一個(gè)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，可供用戶使用選擇卓据、批量生產(chǎn)共胎、穩(wěn)定供貨的優(yōu)質(zhì)部件。

“十五”課題《高速主軸單元的研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用》進(jìn)一步提高了主軸轉(zhuǎn)速捅位，回轉(zhuǎn)精度轧葛，主軸的剛度，降低高速下主軸的溫升艇搀，可為國(guó)內(nèi)主機(jī)廠家提供高質(zhì)量尿扯、接近國(guó)外先進(jìn)水平的主軸單元，從而提高國(guó)內(nèi)加工中心的整體水平和在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力焰雕，這對(duì)擴(kuò)大國(guó)產(chǎn)加工中心的市場(chǎng)占有率和提高加工中心的總體品質(zhì)有著十分重要的意義衷笋。

選擇軸承，追求超高速加工

超高速加工作為先進(jìn)制造技術(shù)之一矩屁，近20年來(lái)在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家得到了迅猛的發(fā)展右莱，在工業(yè)各部門特別是航空航天、汽車工業(yè)档插、模具加工和摩托車工業(yè)等獲得了十分廣泛的應(yīng)用慢蜓。高速大功率的主軸作為超高速機(jī)床的核心功能部件，其性能指標(biāo)直接決定機(jī)床的發(fā)展水平郭膛，目前它正在向高速晨抡、高效、大功率方向發(fā)展盏酵。近幾年慷抛，美國(guó)、日本、德國(guó)睹协、意大利鳞集、英國(guó)、加拿大和瑞士等工業(yè)強(qiáng)國(guó)爭(zhēng)相投入巨資大力開(kāi)發(fā)此項(xiàng)技術(shù)叁利，轉(zhuǎn)速最高達(dá)24000r@min祷濒，功率最大可達(dá)70kW。評(píng)價(jià)數(shù)控機(jī)床的高速化的主要指標(biāo)為提高切削運(yùn)動(dòng)的高速化完各，為實(shí)現(xiàn)主軸最高轉(zhuǎn)速和最大進(jìn)給速度勘春，須開(kāi)發(fā)高速主軸功能部件、高速驅(qū)動(dòng)部件等右婚，研究電主軸技術(shù)刹埋、直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)、高速高精控制等技術(shù)耍才。

高速主軸單元分結(jié)構(gòu)上分為兩類这敬，即分離式高速主軸單元與內(nèi)裝式電主軸單元。分離式高速主軸采用皮帶傳動(dòng)蕉朵，其核心技術(shù)主要是主軸單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)崔涂，主軸軸承的合理選擇、裝配及調(diào)整墓造、主軸單元冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及主軸單元的試制等堪伍。

內(nèi)裝式電主軸采用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)方式锚烦，其核心技術(shù)主要是加工中心高速電主軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)觅闽、HSK型錐柄的拉刀機(jī)構(gòu)的研究、主軸單元中心內(nèi)冷卻功能及高速回轉(zhuǎn)密封技術(shù)的研究涮俄、電機(jī)控制系統(tǒng)研制蛉拙、主軸電機(jī)與主軸軸承的裝配調(diào)整等。通過(guò)對(duì)核心技術(shù)的研究彻亲，取得了一系列科研成果孕锄。專家點(diǎn)評(píng)：

為達(dá)到上述指標(biāo)，軸承的選擇是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)苞尝。目前畸肆，加工中心主軸高速理論尚未形成成熟的體系，沒(méi)有合適的理論和實(shí)踐數(shù)據(jù)可以參考佛雀。課題組的專家們查閱了大量的國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料闺酬，結(jié)合多年的工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論知識(shí)和有限元計(jì)算分析方法逃净，進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算瑟捡，確定了高速主軸單元的整體結(jié)構(gòu)型式。對(duì)軸承及整個(gè)主軸的壽命、轉(zhuǎn)速占航、剛度等關(guān)鍵性能指標(biāo)進(jìn)行了預(yù)期估算旬城。

性能試驗(yàn)，確保質(zhì)量和穩(wěn)定性

為了全面考核加工中心用高速電主軸單元質(zhì)量的穩(wěn)定性篙介，檢驗(yàn)主軸單元的設(shè)計(jì)及制造裝配能否滿足用戶的要求卒赖，是否符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，本課題對(duì)所研制的高速主軸單元樣機(jī)在主軸實(shí)驗(yàn)臺(tái)上作了大量性能試驗(yàn)久挖；同時(shí)缎苞，為了其能盡快投入市場(chǎng)，我們對(duì)其進(jìn)行全面的靜歹对、動(dòng)態(tài)檢測(cè)售碳。

本項(xiàng)目成功地研制開(kāi)發(fā)了一系列高速主軸單元，使主軸從機(jī)床中單獨(dú)分離出來(lái)绞呈，成為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的功能部件贸人，易于實(shí)現(xiàn)高速度、高精度佃声，促進(jìn)了機(jī)床結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單化和模塊化艺智。

分離式主軸單元主要用于汽車零件部件的加工。由于其穩(wěn)定性好圾亏，故障率低十拣，滿足用戶大批量生產(chǎn)的要求，內(nèi)裝式電主軸單元主要用于兵器軍工行業(yè)志鹃，由于轉(zhuǎn)速高夭问、主軸回轉(zhuǎn)精度高，滿足細(xì)孔與深孔加工及表面光潔度要求較高的零件加工曹铃，此外缰趋，它裝備了汽車、軍工陕见、航空航天等領(lǐng)域桶辉，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。專家點(diǎn)評(píng)：

2003年11月22日本項(xiàng)目在北京通過(guò)了由中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的專家鑒定和驗(yàn)收指晾。2004年12月30日杠尘，攻關(guān)成果獲得機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)和中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)聯(lián)合頒發(fā)的科學(xué)技術(shù)進(jìn)步三等獎(jiǎng)。相信隨著批量化生產(chǎn)理斜，在不久的將來(lái)酗裕，可用來(lái)裝備中國(guó)的制造母機(jī)，以打破國(guó)外的技術(shù)壟斷撕陈。

高速電主軸历喊，革新數(shù)控機(jī)床技術(shù)

課題組研究的一個(gè)重要成果，是高速電主軸。電主軸的質(zhì)量法竭、性能和水平在很大程度上決定了整機(jī)的質(zhì)量辜色、性能和水平，它的價(jià)位從幾萬(wàn)元到幾十萬(wàn)元不等蚣殴，在機(jī)床成本構(gòu)成中占有一定比例潜呻。

傳統(tǒng)機(jī)床主軸是由電機(jī)通過(guò)中間變速和傳動(dòng)裝置（如皮帶、齒輪岗宣、聯(lián)軸節(jié)等）驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)而工作的蚂会，這樣的主軸形式稱為分離式和直聯(lián)式主軸（通稱機(jī)械主軸）。

與傳統(tǒng)機(jī)床主軸相比耗式，電主軸具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)胁住。由于主軸由內(nèi)裝式電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，省去了皮帶刊咳、齒輪彪见、聯(lián)軸節(jié)等中間變速和傳動(dòng)裝置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊娱挨、效率高余指、噪聲低、振動(dòng)小和精度高等特點(diǎn)跷坝。而且酵镜，由于利用交流變頻技術(shù)，電主軸可以在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速柴钻，以適應(yīng)機(jī)床工作時(shí)各種工況和負(fù)載變化的需要淮韭。

與其它形式的主軸相比，電主軸更易于實(shí)現(xiàn)高速化迈堂，其動(dòng)態(tài)精度和穩(wěn)定性更好列啃，可以滿足數(shù)控機(jī)床進(jìn)行高速切削HSC（High-speedcutting）和精密加工的需要捶卧。由于沒(méi)有中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)的外力作用耀佣，電主軸工作時(shí)運(yùn)行更加平穩(wěn)，沒(méi)有外來(lái)沖擊疲飘，主軸軸承承受的動(dòng)負(fù)荷較小钳雄，延長(zhǎng)了其精度壽命。專家點(diǎn)評(píng)：

電主軸系有內(nèi)裝式電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)婴悠，更容易滿足高速切削對(duì)機(jī)床“高速度匀枪、高精度、高可靠性及小振動(dòng)”的要求罐闰，與機(jī)床高速進(jìn)給系統(tǒng)凿栅、高速刀具系統(tǒng)一起組成高速切削所需要的必備條件。

由于實(shí)現(xiàn)了電機(jī)和主軸的一體化、單元化涝露，使電主軸能夠由制造商進(jìn)行系列化港遇、規(guī)模化和專業(yè)化生產(chǎn)参咙，電主軸以商品的形式進(jìn)入市場(chǎng)龄广，成為專門的數(shù)控機(jī)床功能部件之一，以供主機(jī)選用蕴侧，促進(jìn)了機(jī)床模塊化和其它技術(shù)的發(fā)展

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