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2016年我国电主轴行业发展阶段

    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:

电主轴按采用的轴承类型分类
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。
注:滚动轴承根据滚动体可分为滚子轴承、滚珠轴承。目前滚动轴承电主轴一般采用滚珠轴承中的角接触球轴承支撑。为简化,本表滚动轴承电主轴特指角接触球轴承电主轴(为滚珠电主轴的一种)。
资料来源:公开资料整理

    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:

电主轴按电机的类型分类
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

电主轴按照用途分类
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。

本文采编:CY220
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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
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