高性能高速主轴轴承技术现状分析

  高速主轴轴承是机床的核心部件，其功能是带动刀具（砂轮）或工件旋转，实现高速精密加工。随着现代工业对机床加工精度和加工率要求的不断提高，机床对主轴性能的要求也越来越高，传统的高速主轴概念已难以充分描述机床主轴的技术内涵。
  
  高性能机床用高速主轴轴承是指在满足加工精度和加工率的前提下，速度、精度、刚度、功率、转矩匹配性好，可靠性高，性能价格比高的机床主轴。
  
  高速机床主轴轴承按所采用的轴承类型可分为滚动轴承（角接触球轴承、滚子轴承）、液体滑动轴承（动压轴承、静压轴承、动静压轴承）、气体轴承和磁悬浮轴承等，按照与电动机的连接方式可分为机械主轴和电主轴。
  
  电主轴（高速主轴轴）是将机床主轴功能与电动机功能从结构上融为体的新型主轴部件，它省去了皮带传动或齿轮传动环节，具有速度高、精度高、调速范围宽、振动噪声小、可快速起动和准停等优点。用电主轴取代传统机械主轴是机床工业发展的大趋势。

  电主轴按照电动机的类型又可分为异步型电主轴和永磁同步型电主轴。
  
  从机床行业的客观需求来看，角接触球轴承电主轴、液体（动）静压轴承电主轴和气体轴承电主轴既是市场开发的重点，也是学术研究的热点。角接触球轴承是适宜高速化的高速主轴轴，具有摩擦阻力小、功耗小、成本低、便于系列化和标准化等优点，其限转速高、精度高、刚度高，在加工中心、数控铣床、车床、内圆磨床和高速雕铣机中获得了广泛应用，其主要技术难点在于提高精度寿命和可靠性。液体（动）静压主轴以液态“油膜”作为支撑，具有显着的“误差均化应”和阻尼减振性，回转精度远高于滚动轴承式主轴，其刚度高，磨损小，寿命长，在精密超精密机床上获得了广泛应用，其主要技术难点在于控制高速时主轴的温升和热变形。气体轴承电主轴以“气膜”作为支撑，回转精度和限转速高于液体（动）静压电主轴和滚动轴承式电主轴，其热稳定性好，是超精密机床和印刷电路板（PCD）钻床不可或缺的核心部件，其不足之处在于承载能力低，工艺要求高。
  
  磁悬浮轴承也是类重要的主轴支撑方式，限转速高，运转过程中无磨损，其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。磁悬浮主轴的核心研究内容是机械系统性和电磁性的控制问题。