高速数控机床陶瓷电主轴单元技术的研究

摘要

本文项目紧密结合国际研究前沿、数控机床行业需求以及我国电主轴单元技术的发展现状,围绕高速数控机床陶瓷电主轴单元的关键技术进行了创新性基础理论与应用研究,先后发明了"高精度热压氮化硅陶瓷球轴承及其制造方法"、"一种无内圈式热等静压氮化硅全陶瓷球轴承及其制造方法"、"一种热等静压氮化硅全陶瓷电主轴及其制造方法"和"一种基于PMAC的高速精密数控磨削加工装置"等专利技术.掌握了从陶瓷零部件设计、制备、精密加工与应用，到陶瓷电主轴的设计、优化、制造与应用等一系列核心技术，解决了数控机床陶瓷电主轴单元的高速大功率、高刚度、高精度、高可靠性、长寿命等关键问题。项目先后成功研制开发了高速大功率陶瓷球轴承电主轴单元和高速无内圈式全陶瓷电主轴单元系列产品及其相关技术。其中，高速大功率陶瓷球轴承电主轴单元最高转速达到30000r/min;功率达到20kW;主轴单元精度寿命提高2~3倍;电主轴单元的加工效率提高2~3倍，其无故障工作时间达到3000小时以上。其核心零部件G5,G3级陶瓷球和P4级陶瓷球轴承已实现低成本批量化生产。并在此基础上设计制造了无内圈全陶瓷球轴承、陶瓷主轴、无内圈式全陶瓷电主轴。研制开发的无内圈式全陶瓷电主轴单元最高转速达到30000r/min，最大功率达到，5kW，回转精度延±0.001 mm，精度寿命达到6000小时以上。与国外电主轴单元先进技术相比，其主要性能指标已达到国际先进水平。大大提高了数控机床高速主轴系统的刚度、精度、使用寿命和可靠性，为实现国产高速陶瓷电主轴单元在数控机床上的规模化应用奠定了理论和技术基础。