电主轴是数控机床三大高新技术之一(高速电主轴、数控系统、进给传动)。随着数控技术及切削刀具的快速发展,越来越多的机械装备都在向高速、高精、高效、高智能化发展,电主轴已成为最适宜高性能数控机床的核心功能部件之一,在部分领域用电主轴取代传统机械主轴是机床工业发展的大趋势。
相关报告:智研咨询发布的《2016-2022年中国电主轴市场深度分析与投资战略咨询报告》
电主轴按采用的轴承类型可分为滚动轴承、气浮轴承、液体滑动轴承和磁悬浮轴承等支承的电主轴,其中滚动轴承、气浮轴承、液体滑动轴承是目前电主轴应用最广泛的轴承类型。其各自的优缺点、技术难点和应用领域对比如下:
类型 | 优点 | 缺点 | 技术难点 | 应用领域 |
滚动轴承电主轴(注) | 摩擦阻力小、功耗小、精度高、刚度高,成本相对较低,便于系列化和标准化承载能力强,可适用较大载荷 | 转速相对较低,噪音大,对轴承转速和寿命要求较高 | 主要技术难点在于提高精度寿命和可靠性。 | 应用最广泛,在数控雕铣机、PCB 成型机、加工中心、数控铣床、车床、内圆磨床等领域应用普遍。 |
气浮轴承电主轴 | 以“气膜”作为支撑,结构紧凑、体积较小 回转精度和极限转速高于滚动轴承电主轴和液体滑动轴承电主轴 摩擦损耗较小,噪音低,热稳定性好,污染小、寿命长 | 承载能力较低 工艺要求高,维护和使用费用较高 | 技术难点在于如何解决气锤振动及高速时涡动的问题。 | 主要应用于高精度、高转速、轻载荷加工领域,如超精密数控机床、PCB 钻孔机、小孔磨削、高光加工等。 |
液体滑动轴承电主轴 | 以液态“油膜”作为支撑,具有显著的“误差均化效应”和阻尼减振性 回转精度高、刚度高、磨损小、寿命长 | 由于存在液体摩擦,驱动功率损失比滚动轴承大。 | 主要技术难点在于控制高速时主轴的温升和热变形。 | 主要应用于重载大功率加工及精密、超精密机床。 |
磁悬浮轴承电主轴 | 极限转速高、无接触、无摩擦、无损耗、寿命长 转动时能够自动平衡,没有振动 不需润滑和密封 能实现实时诊断和在线监控 | 机械结构复杂,成本极高,热源多,对冷却系统要求高 要求工作环境较为苛刻,使用和推广难度大 | 技术难点在于如何提高动刚度和阻尼减振性能,在实现高速的同时保证高加工精度。 | 主要应用于超高速加工领域。 |
电主轴按电机的类型可分为异步型电主轴和永磁同步型电主轴。其各自的优缺点对比如下:
类型 | 优点 | 缺点 |
异步型电主轴 | 当前的高速电主轴,几乎都是内置异步交流感应电动机 结构较简单,制造工艺相对成熟,安装方便 可实现恒转矩和恒功率调节 | 效率偏低,输出功率偏小。 |
永磁同步型电主轴 | 转矩密度高,转动惯量小,动态响应特性更好 | 主轴电机功率要求较高,用永磁同步电机的稀土材料成本过高。 |
噪音低,体积小,使用寿命长 | ||
启动时电流无冲击,负载变化时电流变化小 | ||
功率密度和效率较高 |
资料来源:公开资料整理
按照用途分类,电主轴主要分为加工中心用电主轴、数控车床用电主轴、磨削用电主轴、钻削用电主轴、雕铣用电主轴和特殊用电主轴等六类,其主要应用和特性如下表所示
序号 | 用途 | 应用 | 主要特性 |
1 | 加工中心用电主轴 | 数控铣床和加工中心机床 | 具备高速、高精度、低速大扭矩特性;具备自动松拉刀功能;具备准速、准停、零速锁定功能。 |
2 | 数控车床用电主轴 | 数控车床 | 具备高速、高精度、低速大扭矩特性;前后主轴端能安装相应的动力卡盘或旋转油缸,并实现自动松开与拉紧工件功能;具备定速性能以适应螺纹车削。 |
3 | 磨削用电主轴 | 表面磨削加工机床 | 以恒转矩电主轴为主;具备高速、高精度特性;具备高密封性。 |
4 | 钻削用电主轴 | 钻孔专用机床,包括印刷电路板钻孔机 | 轴向刚性高;具备高速、高精度特性;印刷电路板钻孔用电主轴常用空气动静压轴承(即气浮轴承)。 |
5 | 雕铣用电主轴 | 用于复杂曲面加工的数控雕铣机床,包括木工机械 | 具备高速、高精度特性;换刀便捷;木工机械用电主轴一般使用空气冷却,具备高密封性。 |
6 | 特殊用电主轴 | 特殊用电主轴主要包括拉辗用电主轴、切割用电主轴、离心机用电主轴、试验机用电主轴及其它用途电主轴。 |
资料来源:公开资料整理
国外电主轴最早用于内圆磨床。20 世纪80 年代,随着数控机床和高速切削技术的发展,电主轴技术开始逐渐应用于数控铣床、加工中心等高档数控机床。国内对电主轴技术的研究始于20 世纪60 年代,主要用于零件内表面磨削,这种电主轴的功率小、刚度低;到80 年代,研制出系列高刚度、高速电主轴,广泛应用于内圆磨床和机械零件制造等领域;90 年代以后由磨削电主轴转向铣削电主轴,不仅能加工各种形体复杂的模具,而且开发了用于木工机械用的风冷式高速铣用电主轴,推动了高速电主轴在铣削加工中的应用。
2023-2029年中国电主轴行业市场现状调查及发展前景研判报告
《2023-2029年中国电主轴行业市场现状调查及发展前景研判报告 》共十一章,包含2023-2029年中国电主轴行业发展前景预测分析,2023-2029年中国电主轴行业投资机会与风险分析,2023-2029年中国电主轴行业发展策略及投资建议分析等内容。
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