数控机床关键技术综述

２ 直接 驱动技术
主要采用其拥有专利技术的流体静压轴承。 直接 驱 动就 是 将 直接 驱 动 旋 转 电机 （ Ｄ ） Ｄ Ｒ 或 磁 悬浮轴 承依 靠 多对 在 圆周 上 互为 １０ 的磁 直 接 驱 动 直 线 电机 （ Ｄ ） 接 耦 合 或连 接 到从 动 ８ｏ Ｄ Ｌ直 极 产生径 向吸力（ 或斥力 ） 而将主轴 悬浮在 空气 负 载上 ， 而实 现 与负 载 的 刚性 耦 合 。 全 新直 接 从 中， 轴 颈 与轴 承 不 接 触 ， 向间 隙为 ｌ 使 径 ｍｍ左 右 。 驱 动技 术 使 得 电机 可 直 接 连 接 被 驱 动 负 载 ， 而无
于主 轴单 元 的壳体 中。主 轴 的变速 由主轴驱 动模
关 键 技
术 综
数控机床是制造 业的加工母机和 国民经济的 块 控 制， 主 轴 单 元 内的 温 升 由冷 却 装 置 限制 。 而 重要 基础 。 它为 国 民经济各 个部 门提 供 装备 和手 在 主轴 的 后端装 有 测速 、 角位 移传 感器 ， 端 的 测 前
１ 电主轴技术
电 主 轴是 高 频 主 轴 （ ｇ ｒｑ ｅ ｃ ｐｎ ｌ） ＨｉｈＦｅ ｕ ｎ ｙＳ ｉｄｅ
图 １ 电 主轴 结 构 示 意 图
的 简 称 ， 时 也 称 直 接 传 动 主 轴 （ ｉ ｃ Ｄｉ 有 Ｄｒ ｔ ｒ ｅ ｅ ｖ
． Ｓ ｉ ｌ ， 内装 式电机主轴单元。它把机床主传 １２ 电 主 轴 的 轴 承 ｐ ｄ ）是 ｎｅ 轴 承 是 决 定 主 轴 寿 命 和 承 载 能力 的 关 键 部 动链的长度缩短为零 ， 实现 了机床 的“ 零传动” 具 ，
其性能对 电主轴 的使用功能极为重要。 目前 有 结构 紧凑 、 机械 效率高 、 可获 得极高 的回转速 件 ， 流体静压 度、 回转精度高、 噪声低、 振动小等优点， 因而在现 电主轴采用 的轴承主要有 陶瓷球 轴承 、 代数控机床 中获得 了愈来愈广泛的应用。
１ 电主轴 的 结构 ． １
１３ 电主轴 的 冷却 ．
２１ 直接 驱 动 旋 转 电机 ．
直接驱 动旋转 电机 ， 时也称作转矩电机， 有 可 由于 电主轴将 电机集成于主轴单元 中， 其 将负载直接连接 到 电机 上 ， 且 能在相对较低 的速度
关 键 词 ：数 控 机 床 ； 电主 轴 ；直接 驱 动 ；重 心驱 动 ；测 量
石
中图分类号 ：Ｔ ６ ９ Ｇ ５
文献标 识码 ：Ａ
文章编 号：Ｊ０ ～ ０ ７（ ０ ０） ２ ０ ３ — ４ Ｌ ８ ０ ２ ２ １ ０ — ０ ８ ０
金
艳
数 控
机
床
０ 前言
则 由前后轴承支承。电机的定子通过冷却套安装
职 业 研 究 与 技 能
茜山学。八 术二第 唐 院一 职 学Ｏ 业 报年 技
数控机床关键技术综述
石 金 艳
（ 湖南铁 道职 业技 术学 院 ，湖南 株 洲 ４ ２０ ） １０ １
摘
要 ：介绍 了数控机床 的电主轴技术 、直接驱动技术、重心驱动技术 、高精度机床测量技术 ，并论述 了其
研究现状和发展前景。
轴承 和磁 悬浮 轴承 。 陶瓷 球 轴承 是 应 用 广 泛且 经 济 的轴 承 ， 的 它
硬度 高 ， 大 幅度 减 小 轴承 离心 可 如 图 １ 示， 所 电主轴 由无外壳 电机 、 主轴、 轴 陶瓷滚珠 质 量轻 、 力和 内部载荷 ， 减少磨损 ， 从而提高轴承寿命 。德 承、 主轴单元壳体 、 驱动模块和冷却装置等组成 。 ＭＮ公 司和 瑞士 Ｓ Ｅ Βιβλιοθήκη Baidu Ｅ Ｔ Ｐ Ｔ Ｃ公 司用 于 加工 中心 电机 的转子采用压配方法与主轴做成 一体 ， 主轴 国Ｇ
当承 受载 荷 后 ， 轴 空 间位 置 会产 生微 小变 化 ， 主 控 须像 常规伺 服 电机那样 需要通 过机械传 动部件 制 装 置根 据位 置 传感 器 检 测 出的主 轴位 置 变化 值 （ 滚 珠 螺 杆／ 螺 杆 、 条 与 齿 轮 、 动 带／ 带 如 导 齿 传 皮
改变相应磁极 的吸力（ 或斥力 ） ， 主轴迅速恢 轮 、 值 使 以及 减速器 ） 从而可为客户的机械传 动系统 ，
段 ， 有无 限放 大 的经济 与社 会效 应 。 具 内锥孔 和端 面用 于安装 刀具 。
数控机床是运用高新技术改造和提升传统产 业 的 重要 载体 。 以信 息 化 带 动工 业 化 ， 现 社会 实 生产力 的跨越 式发展 ， 将在一定程度上取决于以 数控化为核心的装备工业， 特别是数控机床的技 术进 步。 本 文 介 绍 数 控 机 床 当前 的几 个 关 键 技 术 包 括： 电主轴技术、 直接驱动技术、 重心驱动技术、 高 精度机床测量技术。
作者简介 ： 石金艳 （９ ３ ）女 ， １８ 一 ， 湖南邵阳人 ， 硕士， 现任教于湖南铁道职业技术学 院机 电工程系 ， 究方向 ： 研 数控维修 。
职 业 研 究 与 技 能
和 铣床 的 电主 轴全 部采 用 了陶瓷球 轴承 。 如瑞 士 的 Ｆ Ｓ Ｈ Ｒ公 司 、 国 的 Ｇ ＩＣ Ｅ 德 ＭＮ公 司 、 国 美
复 到 原 来 的位 置 ， 而保 证 主 轴 始 终 绕 其 惯 性 轴 带来零维护和清洁 的机械组件 、 从 更高的精度 、 更高 作 高 速 回转 ， 因此 其 高 速 性 能 好 、 精度 高 ， 由于 的可靠 性 、 但 以及 平 稳安 静 操作 等诸 多优 势 。 价格 昂贵 ， 至今 没有 得到 广 泛应用 。
Ｒ ＣＳ 意大 利 的 Ｇ ＭＦ Ｏ Ａ Ｉ Ｒ公 司 、 日本 流体 静 压 轴承 为 非直 接 接 触 式 轴承 ， 有 磨 的 Ｐ Ｅ ＩＥ公 司 、 具
损小、 寿命长、 回转精度高 、 振动小等优 点， 用于电 的 Ｎ Ｋ公 司 等。 Ｓ 主 轴上 ， 延长 刀 具寿 命 、 高 加工 质 量和 加 工 效 可 提 率。美 国Ｉｇｒ ｌ 司在其生产 的电主轴单元 中 ｎｅｓ ｌ ｏ公