一、主軸功能部件

電主軸是數(shù)控機床三大高新技術(shù)之一（高速電主軸、數(shù)控系統(tǒng)、進給傳動）。隨著數(shù)控技術(shù)及切削刀具的快速發(fā)展，越來越多的機械裝備都在向高速、高精、高效、高智能化發(fā)展，電主軸已成為最適宜高性能數(shù)控機床的核心功能部件之一，在部分領(lǐng)域用電主軸取代傳統(tǒng)機械主軸是機床工業(yè)發(fā)展的大趨勢。

主軸是機床上帶動刀具或工件旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生切削運動的運動軸。按照主軸的驅(qū)動方式，機床主軸可分為機械主軸和電主軸兩大類。機械主軸通過主軸電機與中間的傳動裝置（變速齒輪、皮帶或聯(lián)軸器）帶動主軸旋轉(zhuǎn)進行工作，其輸出扭矩和功率大，但轉(zhuǎn)速、精度和平穩(wěn)性相對較差。電主軸是將機床主軸功能與電機功能從結(jié)構(gòu)上融為一體的新型主軸部件，即將高速電機置于主軸部件內(nèi)部，通過控制系統(tǒng)，使主軸獲得所需的工作速度和扭矩，因而也被稱為內(nèi)裝式電主軸；它省去了皮帶、齒輪或聯(lián)軸器的傳動環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了機床主軸系統(tǒng)的“零傳動”，是數(shù)控機床傳動系統(tǒng)的重大變革；它克服了傳統(tǒng)機械主軸在高速下打滑、振動和噪聲大、慣量大等缺點，有效改善了主軸高速情況下的整體性能，具有機械主軸不可替代的優(yōu)越性：

第一，由于電主軸由內(nèi)裝式電機直接驅(qū)動，省去了中間變速和傳動裝置，具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、噪聲低、振動小和轉(zhuǎn)動慣量小等特點，可實現(xiàn)很高的速度、加速度及定角度的快速啟停，且動態(tài)精度和穩(wěn)定性更好，可滿足數(shù)控機床進行高速切削和精密加工的需要；由于沒有中間傳動環(huán)節(jié)的外力作用，電主軸工作時運行更加平穩(wěn)，主軸軸承所承受的動負(fù)荷較小，延長了其精度壽命；利用交流變頻和矢量控制技術(shù)，電主軸可在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實現(xiàn)無極變速，以適應(yīng)機床工作時各種工況和負(fù)載變化的需要。

第二，電主軸的電機內(nèi)藏式結(jié)構(gòu)使其從機床的傳動系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中相對獨立出來，形成一個功能相對完整的“主軸單元”，從而促進了機床結(jié)構(gòu)的模塊化。電主軸廠商根據(jù)機床的用途、結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)等特征形成標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的產(chǎn)品，供機床制造商選用，改變了傳統(tǒng)機床廠商“大而全”的生產(chǎn)模式，縮短了機床的研發(fā)和生產(chǎn)周期，更加適應(yīng)快速多變的市場環(huán)境。此外，標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的電主軸產(chǎn)品易于形成專業(yè)化、規(guī)模化的生產(chǎn)能力，從而促進制造成本的降低。

第三，某些高檔數(shù)控機床，如并聯(lián)運動機床、五面體加工中心、小孔和微孔加工機床等，由于加工工藝和加工對象的特殊性，其對主軸的轉(zhuǎn)速、精度以及機床的結(jié)構(gòu)都有特殊要求。電主軸憑借一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計和高轉(zhuǎn)速、高精度的優(yōu)異性能，有效地實現(xiàn)了某些高檔數(shù)控機床的特殊要求。

電主軸與機械主軸的特點

二、電主軸的分類

電主軸按采用的軸承類型可分為滾動軸承、氣浮軸承、液體滑動軸承和磁懸浮軸承等支承的電主軸，其中滾動軸承、氣浮軸承、液體滑動軸承是目前電主軸應(yīng)用最廣泛的軸承類型。 電主軸按電機的類型可分為異步型電主軸和永磁同步型電主軸。

根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電主軸第1部分：術(shù)語與分類》（JB/T 10801.1-2014），按照用途分類，電主軸主要分為加工中心用電主軸、數(shù)控車床用電主軸、磨削用電主軸、鉆削用電主軸、雕銑用電主軸和特殊用電主軸六類。

國外電主軸最早用于內(nèi)圓磨床。20 世紀(jì) 80 年代，隨著數(shù)控機床和高速切削技術(shù)的發(fā)展，電主軸技術(shù)開始逐漸應(yīng)用于數(shù)控銑床、加工中心等高檔數(shù)控機床。國內(nèi)對電主軸技術(shù)的研究始于 20 世紀(jì) 60 年代，主要用于零件內(nèi)表面磨削，這種電主軸的功率小、剛度低；到 80 年代，研制出系列高剛度、高速電主軸，廣泛應(yīng)用于內(nèi)圓磨床和機械零件制造等領(lǐng)域；90 年代以后由磨削電主軸轉(zhuǎn)向銑削電主軸，不僅能加工各種形體復(fù)雜的模具，而且開發(fā)了用于木工機械用的風(fēng)冷式高速銑用電主軸，推動了高速電主軸在銑削加工中的應(yīng)用。