木工机械用高速电主轴特点及关键技术分析

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【摘 要】 对木材进行精深加工的最主要方法就是高速镂铣。对于现在使用比较广泛的数控镂铣机而言，它的主传动系统采用的是应用比较广泛的电主轴结构。这种电主轴结构是数控镂铣机的核心部件，有很多特殊的要求。本文针对国内外关于高速电主轴研发和应用现状，从木材加工的特点对高速电主轴的特殊要求进行了分析，在此基础上进一步分析了高速电主轴在轴承的、散热和制动平衡等方面的特殊要求，最后分析了木工电主轴设计过程中用到的关键技术。

【关键词】 木工；电主轴；动平衡；预紧力控制

高速切削加工在金融切削加工领域中具有非常广泛的应用，而且现在发展迅速，它具有非常多的优点。高速机床的最主要优点就是和传统的主传动系统相比，电主轴充分的应用到了高速机床中。高速电主轴在木工机械中的应用，大大的实现了木材的高速加工，提高了木材加工效率和加工质量。可以说，要想提高木材加工质量和效率，必须要尽快研发出适合木工机械用的电主轴。

从目前的技术发展来看，电主轴技术含量要求高，而且不是一般的企业能够制造的，真正能够生产并提供高质量电主轴的企业非常少，而这当中能够提供适合木工机械用的电主轴的企业就更少了。国内外很多研究机构和个人都对电主轴进行了不同程度研究。国外发达国家比如德国和意大利等，这些国家的高速电主轴研发已经达到了一定的水平而且基本上实现了专业化和系统化进程。其中意大利的HSD公司是全球规模最大的轻型电主轴制造商， 该公司的电主轴产品主要应用于木工雕刻机和木工加工中心。

1 木工电轴的结构特点

木工切削机床的工作条件不同于传统的技术切削机床，它加工的多是木质复合材料或者是木材纤维等，具有一定的方向性，加工的时候对切削力度大小波动要求比较高。而且在加工的时候由于环境粉尘较多，为了避免粉尘对成品污染，在进行加工时不允许液体和冷却。所以，必须要对木工电主轴进行特殊的设计，和金属切削电主轴相比，木工电主轴主要有以下几个方面的特点。

一是由于工作环境和木工机床外形以及生产成本等各个因素，木工机械用的高速电主轴不能完全使用和金属切削用高速电主轴一样的轴承。空气动静压轴承是一种新型多气腔轴承，它综合了静雅轴承和动压轴承的优点，但是这种轴承必须要进行专业的设计，很难得到大规模的推广，而且维修起来也难度较大。从目前应用来看，空气动静压轴承主要应用在了超高速微小切削电轴承上磁浮轴承由于控制系统复杂以及性能和成本问题，通常只是应用在具有特殊要求的场合。它很难在高速主轴单元上获得广泛应用。

二是和一般电主轴相比，主轴密封要求相对较高。这是由于木工机械的加工对象和金属切削的加工对象不同，切削过程中会产生大量的粉尘，所以，相比较而言，木工机械用的电主轴的使用环境更加恶劣，要求条件更高，必须要密封更好。

三是对金属切削电主轴而言，它允许使用冷却液对切削区进行排屑和冷却，木材在加工过程中比较容易受到环境中液体的污染，所以，必须在加工的时候必须要用强力抽风设备来抽取切削过程中产生的各种粉尘，同时要用风冷方式来降低电主轴的温度。总的来说，角接触轴承是电轴承中应用最广泛、性能最好、有点最多的轴承，它具有标准化程度高、高速性能好、刚度高、结构简单和便于维护等优点。但是由于在进行高速运动时，滚球会产生强大的陀螺力矩和离心力，所以它产生的载荷有时会超过机床的切削符合，这就会导致机床使用寿命的减少。为了解决这个问题，最好的办法是采用混合式陶瓷球轴承，也就是用陶瓷材料来制造滚珠，用钢制材料来制造抽成的内外圈。为了更好的满足实际生产要求，可以在陶瓷球轴承中使用脂。同时可以把两个或者多个混合陶瓷球轴承组合使用，这样可以进一步提高轴承的承载能力和刚度。

2 木工机械用电主轴的关键技术问题

在进行电主轴的结构设计的时候，必须要充分结合木工机械用高速电主轴的使用特点来设计，为此，必须要首先解决以下几个方面的问题：

① 必须要设计良好的冷却与散热装置

对主轴电动机来说，它的两端就是主轴轴承，轴承的工作会随着电动机的发热程度发生变坏，如果电动机发热过高，就会影响到机床工作的稳定程度和精度。因此，一定要首先解好主电动机的散热问题。确切的数据统计显示，电主轴的主要热量来源就是电主轴的转子和定子。通常的电主轴可以采用循环强制水冷却系统来进行冷却，而木工机械用电主轴在进行冷却时，只能采用强力排风设备来进行冷却，而切削区的冷却也是采用风流冷却，并吹掉切削过程中产生的粉尘。

② 选用合理的方式

和普通电主轴一样，木工机械电主轴也要控制主轴的温度，一般采用的是方式，为了确保电主轴的稳定性和工作精度，对方式的选择至关重要，必须要综合考虑轴承的负荷、转速和类型等等。通常比较常用的高速电主轴的形式有环下、喷射、油气和油雾等。木工机械用的电主轴又有特别的要求，需要一次的永久性脂。但是这种散热效果并不十分理想，这是由于油脂的流动性不好，从而产生了机械阻力进而影响了散热效果。为了更好的使用，必须要对使用的油脂进行进一步改进，建议可以采用普通脂加上引擎抗磨按照一定的比例混合拌匀添加到轴承里面。另外为了不影响散热，高速轴承的加入量要不能超过空隙的70%。经过这种方法改进的油脂具有噪声低、温度升高慢等特点，可以非常好的满足使用要求。

③木工机械用高速电主轴的动平衡设计

对于高速主轴来说，即使是很小的不平衡量，都会产生很大的震动，从而导致加工表面和加工精度的下降。木工机械加工的木材纤维一般不均匀，对加工过程中的刀具的力度波动要求比较高。因此，在进行设计时，除了考虑主轴的刚性外，还要对主轴的每一个零件进行精密的加工和装配、校正。

3 结语

高速电主轴是实现木工机械高速化加工的核心部件。由于木材加工的特殊性，木工电主轴的设计和装配比传统的金属切削电主轴有更高的更特殊的要求，比如轴承的发热、、动态平衡等。只有将这些影响电主轴性能关键因素引起的问题很好地解决了， 才能开发出合格的适用于木材加工的高速电主轴产品。

参考文献

[1] 王卫东.木工机械用高速电主轴的结构设计[J]. 机电产品开发与创新. 2009（05）

[2] 储开宇.数控高速电主轴技术及其发展趋势[J]. 机床与液压. 2006（10）

[3] 严道发.电主轴技术综述[J]. 机械研究与应用. 2006（06）

[4] 许强，杜佳星.浅谈数控机床电主轴的发展趋势[J]. 伺服控制. 2007（06）