精密制造与自动化 2019年第1期
磨床新型主轴的应用
王素保 张占锋 皇甫兵
（新乡日升数控轴承装备股份有限公司 河南新乡 453700）
摘 要 磨床主轴精度对提高轴承磨削精度、效率有显著的影响，同时对磨床绿色低碳可持续发展有重要意义。介绍了新型永磁同步电主轴代替传统的机械主轴，在机械结构、磨削精度、效率、维护等方面有较大作用；油脂润滑电主轴代替油雾润滑电主轴在节约成本，改善环境有较大作用。 关键词 磨床 节能 永磁同步电主轴 油脂润滑电主轴
主轴是磨床核心部件，其工作性能直接影响到主轴上安装圆柱滚子轴承和角接触球轴承，通过螺加工质量(包括几何精度、表面粗糙度)和机床生产母和端盖预紧，消除间隙保证主轴的回转精度，在效率。同时主轴运动是主运动，其运动速度高，消后端装有主轴皮带轮，它们整体固定到主轴箱中，耗功率大，因此在当今各行业倡导绿色低碳发展时，在主轴箱上面安装有感应异步电动机，上面装有电对主轴提出更高要求。随着技术进步，开发出新型机皮带轮，通过皮带将动力由电机传到主轴上，从永磁同步电主轴和油脂润滑电主轴，由于其自身的而带动主轴及砂轮、工件旋转磨削工件。这种方式优势，代替传统机械轴开始应用到轴承制造装备行传动链长，影响砂轮、工件旋转精度因素多，电机业，比如：工件轴、砂轮轴等。这两种电主轴的应运转时的振动和皮带的抖动都会直接传到主轴上，用对提高磨床装备磨削效率、加工精度，降低振动、对精密磨削来说是一个不容忽视的不利因素；同时节能降耗有重要的意义。 皮带传动的张紧力作用到后端轴承上，使后端轴承 增加额外的径向力，进而影响到轴承的寿命。
1 常规机械主轴（工件轴和砂轮轴）传动结构
常规机械主轴（工件轴和砂轮轴）传动结构如2 永磁同步电主轴 图1 所示。 永磁同步电主轴（以下简称同步轴）是将永磁
同步电机与机床主轴直接融为一体的新技术，如图
皮带
感应异步电动机 2所示。
调节螺钉
电机定子
砂轮 角接触球轴承
电机转子
主轴皮带轮
电机皮带轮
主轴
圆柱滚子轴承
角接触球轴承 圆柱滚子轴承 砂轮
图1 机械主轴传动示意图
图2 永磁同步电主轴传动示意图
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王素保 等 磨床新型主轴的应用
主轴由内装同步电机直接驱动，与常规主轴传动结构相比具有如下特点：
(1）机床传动链缩短，传动误差小。省去了皮带、电机皮带轮、主轴皮带轮、皮带调节装置等中间传动部分零件，零件种类和数量明显减少，电机对主轴实现直接驱动，主轴振动明显降低， 工件表面粗糙度明显提高。
(2)安装维护方便。由于省去了中间传动零件，只需将同步轴直接安装到箱体中，不需调节皮带及进行皮带轮平衡，后期维护只需交给专业厂家维修。
(3)功率比大，恒转矩范围宽，响应速度快，节能效果好。由于采用同步轴，电机无需励磁电流，功率密度大，功率因数接近1，恒转矩范围宽，同
精度 同步轴 机械轴 圆度/μm 1.3 1.5 粗糙度Ra/μm 0.25 0.3 体积下，比异步电机节能。
(4)扩大机床强力磨削和高速精密磨削的能力。由于采用同步轴，电机在零速到额定转速范围内严格的恒扭矩输出，额定转速到最高转速之间严格的恒功率输出，因此在负载波动的情况下同样有较高的转速稳定性，保证砂轮轴匀速转动，提高磨削效率。
综合以上特点，公司生产的3MK136B 、3MK1310B、3MK1320B三种数控轴承磨床机床率先使用同步轴，并且已在用户中批量磨削，以3MK1310B磨削6314轴承内圈沟为例，在磨削精度、效率、节能降耗等方面均有较大提高。同步轴与常规主轴磨削精度比较见表1所示。
磨削时间/s 22 27 电机功率/kW 6.6 7.5 表1 同步电主轴和常规主轴精度的对比
磨削余量/mm 0.4~0.5 0.2~0.3 从上表可以看出，使用同步轴后内圈沟圆度提高13%，且稳定性增强，无偶尔超差现象；粗糙度Ra提高16%，磨削余量增大30%以上，磨削时间节省18%以上，节约能源12%以上。使用同步轴结构的各项指标均高于常规主轴结构。
3 油脂润滑电主轴
在磨削轴承内径及外圈沟时，由于砂轮直径小，需要采用高转速电主轴，同时需要润滑系统对主轴轴承润滑和冷却，而传统油雾或油气润滑系统需要有空压机提供气源和油雾或油气润滑装置，并且主
项目 空压机 润滑装置 环境 润滑油 维护成本 故障率 噪音 加工精度 轴排出的尾气对工作场地空气污染严重。在节能环保产业转型升级的形势下，油脂润滑电主轴应用到轴承装备行业无疑又是一次新的工艺，使用该轴无需润滑系统，一次填脂，使用过程中不用加脂维护。省去了压力气源和润滑装置。油脂润滑电主轴和油雾或油气润滑电主轴性能对比见表2所示。
从表2可以看出，在加工精度相同情况下，油脂润滑电主轴无论从能源损耗、使用成本和维护成本上都比油雾或油气润滑电主轴低，并且没有环境污染、噪音低等特点。
油雾或油气润滑电主轴 有 有 差 有，有损耗 高 高，断油损坏轴承或线圈 高 好 表2 油脂润滑电主轴和油雾或油气润滑电主轴性能对比
油脂润滑电主轴 无 无 好 有，无损耗 低 低，无断油轴承运转顺畅 低 好
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精密制造与自动化 2019年第1期
参考文献 4 结语
[1] 王世保,潘继超.探索轴承装备走向绿色发展的道路磨床采用永磁同步电主轴和油脂润滑电主轴对
[J].精密制造与自动化,2014(4):3-5. 高精高效磨削有显著的作用，同时也符合国家提出
[2] 张海鹏,王世锋.关于国内轴承工艺装备研发和市场的的环境友好、资源节约型的社会，必将会在磨
思考[J].轴承工业,2011(01):22-25. 床装备行业有广泛的应用。随着技术进步会有更多
[3] 杨柳欣,郭丽娟,朱嫩霞.高速电主轴的特点及选用 的新工艺应用到磨床装备行业，对磨床制造产业转
[J].MC现代零部件,2004(6):50-53. 型升级起重要作用。
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参数和自粘线漆包线能取得较好的绕制结果。
参考文献
[1] 惠延波.CNC调整绕线机控制系统研究[D].西安:陕
西机械学院，1994，4.
[2] 陈迎国.自动绕线机的设计与实现[D].西安：西北工
业大学,2004．
[3] 庞佳涵.电脑自动绕线机的研究与开发[D].大连:大
图3 工装示意图
连理工大学,2004．
[4] 于克龙.绕线机排线机构的运动分析与控制[J].机械
制造与自动化,2004,34(3):102-103.
[5] 李毅梅.基于PLC的多头并绕机恒张力控制系统[J].4 结语
机电产品开发与创新,2008，7:152-153. 本文阐述了无骨架线圈性能优劣的评定方法，
[6] 赖兴余,方少强,鄢春艳,等.全自动双飞叉嵌线式转子绕制过程和注意事项，说明提高排线机构的精度和
绕线机控制系统的设计与开发[J].机电工程技术，选用合适的张力器、绕线工装、固定绕制初始位置
2008,37(2):29-30,104. ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ (上接第51页)
[2] 李华增,孙小明.生产现场系统化改善的应用型研究从表中可以看出，改善后的平衡率、生产周期、
[J].工业工程与管理,2004,2(2):81-86. 增值比例得到了明显的提升，并且实现了生产线单
[3] 陈仲恺,周炳海.基于精益理念的汽车门板生产线规划日产量满足客户需求数量。
[J].机械制造,2015,53(6):53-56.
[4] 高广章.工作研究在Polaris Housing装配线平衡中的5 结语
应用[J].机械设计与制造, 2006,34(7):102-104. 通过本次改善案例可以看出价值流图分析在对
[5] 石渡淳一.最新现场IE管理[M].深圳:海天出版社，现场生产流程改善、优化工艺、提升生产线整体效
2004. 益等方面具有较大的优势，本文采用的方法简单、
[6] 今井正明.现场改善:低成本管理方法[M].北京:机械实用，在不给企业带来太多的额外投入的情况下，
工业出版社，2010. 实现了生产线效益的大幅度提升。
[7] 郭伏,张国民.工作研究在流水线平整中的应用[J].工
参考文献
[1] 迈克•鲁斯,约翰•舒克.价值流图析—增加价值消除浪
费[M].杜宏生,译.北京:人民交通出版社,1999.
业工程与管理,2005 ,25(2):120-124.
[8] 张景霞,王润孝.面向装配顺序规划的产生式规则应用
[J].组合机床与自动化加工技术,2004, 56(1):79-80.
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