【編者按】CIMT2025(第十九屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì))于4月21-26日在北京隆重舉辦。展會(huì)之后,主辦方中國(guó)機(jī)床
工具工業(yè)協(xié)會(huì)收到來(lái)自協(xié)會(huì)分會(huì)的展品評(píng)述文章,現(xiàn)部分編發(fā)供業(yè)界參考。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人。
在“十四五”規(guī)劃推動(dòng)高端裝備制造發(fā)展、特別是強(qiáng)調(diào)高端
數(shù)控機(jī)床核心技術(shù)的背景下,
主軸作為機(jī)床關(guān)鍵功能部件之一,其技術(shù)突破是支撐我國(guó)制造業(yè)向高端化、智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要基礎(chǔ)。CIMT2025展會(huì)吸引了全球10多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的60余家主軸功能部件企業(yè)參展,參展的主軸產(chǎn)品近300臺(tái)/套。
本文重點(diǎn)關(guān)注滾動(dòng)軸承支承的主軸展品,并對(duì)部分展品進(jìn)行簡(jiǎn)要評(píng)述。
一、部分參展企業(yè)及展品情況
1. GMN Paul Müller Industrie GmbH & Co. KG(GMN)成立于1908年,1932年開(kāi)始生產(chǎn)制造磨削主軸,主要產(chǎn)品有手動(dòng)換刀電主軸(磨削電主軸)、自動(dòng)換刀電主軸(銑削電主軸)、精密軸承、單向離合器等。
GMN展出了HCS 230i-30000/150自動(dòng)換刀電主軸(銑削電主軸),主軸安裝外徑Φ230mm,額定轉(zhuǎn)速17300r/min,最高轉(zhuǎn)速30000r/min,最大功率150kW(S1工作制),最大扭矩82.8Nm(S1工作制),刀具接口HSK-A63/80。該主軸采用GMN混合球軸承,油氣潤(rùn)滑,電機(jī)溫度監(jiān)測(cè),軸承溫度監(jiān)測(cè)。

還展出了UH-X 150-50000/18手動(dòng)換刀電主軸(磨削電主軸),主軸安裝外徑Φ150mm,主軸內(nèi)置同步電機(jī),額定轉(zhuǎn)速43000r/min,最高轉(zhuǎn)速50000r/min,最大功率18kW(S1工作制),具有高轉(zhuǎn)速、低振動(dòng)、低噪音特點(diǎn)。
2.KESSLER主軸公司成立于1923年,主要產(chǎn)品有銑削主軸、轉(zhuǎn)臺(tái)、主軸擺頭,以及各類(lèi)電機(jī)等,產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于PCB鉆孔機(jī)、數(shù)控雕銑機(jī)、加工中心等。
展出了V400-A10銑削電主軸,主軸安裝外徑Φ270mm,最高轉(zhuǎn)速10000r/min,功率50/70kW(S1/S6 40%),扭矩400/560Nm(S1/S6 40%),刀具接口HSK-A100。主軸冷卻方式為外部水冷,配備軸向熱伸長(zhǎng)傳感器、模擬位移傳感器、振動(dòng)傳感器等,應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋復(fù)合材料、醫(yī)療器械、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、航空航天等。

還展出了中型加強(qiáng)AC擺頭電主軸SMS 132.60-684.199,主軸內(nèi)置同步電機(jī),最高轉(zhuǎn)速7000r/min,功率52/73kW(S1/S6 40%),采用油脂潤(rùn)滑,水冷冷卻,具有高精度、高效率、運(yùn)行平穩(wěn)、體積小等特點(diǎn)。
3.瑞士IBAG電主軸公司成立于1941年,并于1960年開(kāi)始研發(fā)電主軸,產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,如微孔加工、精密雕刻、鏡面加工、鉆攻、各式加工中心、雙軸擺頭等。
展出了HF45.10 A62雕銑電主軸,主軸安裝外徑Φ45mm,主軸內(nèi)置異步電機(jī),最高轉(zhuǎn)速60000r/min,功率0.75/0.975kW(S1/S6 40%),扭矩0.119/0.155Nm(S1/S6 40%),刀具接口HSK-E16。主軸采用陶瓷球角接觸軸承,主軸端面跳動(dòng)/徑向跳動(dòng)≤0.001mm。該電主軸廣泛用于精密鉆孔、銑削、雕刻等領(lǐng)域。

4. 瑞士TDM公司是專(zhuān)門(mén)從事高頻主軸設(shè)計(jì)和制造的公司,主要產(chǎn)品有磨削用電主軸、靜壓電主軸、銑削電主軸、多功能工具等。展出了TH120.H40T.02.B銑削電主軸,安裝外徑Φ120mm,最高轉(zhuǎn)速40000r/min,功率13kW(S1工作制),刀具接口HSK-A40。主軸內(nèi)部設(shè)置有軸心冷卻結(jié)構(gòu),熱穩(wěn)定性≤0.3μm(穩(wěn)定時(shí)間20min),可顯著提高零件加工質(zhì)量。主軸可配置完整的振動(dòng)傳感器、軸向熱伸長(zhǎng)傳感器、軸承溫度傳感器、位置傳感器等,可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主軸加工狀態(tài)。
還展出了靜壓磨削電主軸LK100-200-00,最高轉(zhuǎn)速200000r/min,功率1.7kW(S1工作制),具有超高的旋轉(zhuǎn)精度、高剛度和負(fù)載能力,抗振動(dòng)性和熱穩(wěn)定性俱佳。
5. FISCHER(飛速)集團(tuán)成立于1939年,產(chǎn)品涵蓋銑削、磨削和鉆削三大類(lèi)別。旗下?lián)碛腥鹗縁ISCHER、德國(guó)Precise等多個(gè)品牌。
本次展出了MFW-2715/20 HSK-A100銑削電主軸,主軸安裝外徑Φ275mm,主軸內(nèi)置同步電機(jī),功率200/250kW(S1/S6 40%),扭矩140/176Nm(S1/S6 40%),刀具接口HSK-A100,主軸采用油氣潤(rùn)滑。該主軸結(jié)構(gòu)緊湊、精度高、功率大,可實(shí)現(xiàn)快速金屬切削,特別適合飛機(jī)結(jié)構(gòu)件、機(jī)身等航空航天鋁型材的加工。

還展出了銑削電主軸MFW-1220/45/8 CSC VC HSK-E40,主軸安裝外徑Φ120mm,主軸內(nèi)置異步電機(jī),最高轉(zhuǎn)速45000r/min,功率11/13.8kW(S1/S6 40%),扭矩5.5/6.9Nm(S1/S6 40%),刀具接口HSK-E40,特別適合光學(xué)模具零件加工。
6.廣州市昊志機(jī)電股份有限公司成立于2006年,產(chǎn)品涵蓋電主軸、轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服電機(jī)等核心功能部件,產(chǎn)品應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人及新能源汽車(chē)領(lǐng)域。
展出加工中心電主軸DGZYX-15024/25-HSK,安裝外徑Φ150mm,主軸內(nèi)置同步電機(jī),最高轉(zhuǎn)速24000r/min,功率25/37.5kW(S1/S6 40%),扭矩41/63Nm(S1/S6 40%),刀具接口HSK-A63。該主軸使用昊志自研的創(chuàng)新拉刀機(jī)構(gòu),主軸內(nèi)部設(shè)置有軸心冷卻結(jié)構(gòu),主軸熱伸長(zhǎng)量?jī)H為常規(guī)主軸的1/4,穩(wěn)定時(shí)間僅需3min,適用于大型模具、汽車(chē)零件、民用航空零件等的加工。

7. 洛陽(yáng)軸承研究所有限公司成立于1958年,是集主軸研發(fā)、生產(chǎn)為一體的科技型企業(yè)。其自行研發(fā)的高速電主軸已形成8大類(lèi)、15個(gè)系列、100多個(gè)品種。
展出的典型展品也磨削電主軸170MD24Y32A,主軸安裝外徑Φ170mm,最高轉(zhuǎn)速24000r/min,功率32kW(S1工作制),扭矩17Nm(S1工作制),工具接口為ZYS標(biāo)準(zhǔn)配合孔Φ36-M36×2,主軸端面跳動(dòng)/徑向跳動(dòng)≤0.001mm,其最大特點(diǎn)是高剛度、大功率,較上一代產(chǎn)品顯著提升,廣泛應(yīng)用于精密軸承內(nèi)徑磨削、溝道磨削、精密齒輪磨削、輪轂軸承單元磨削等高剛度加工領(lǐng)域。
展出的100MD90Y3A磨削電主軸,安裝外徑Φ100mm,最高轉(zhuǎn)速90000r/min,功率3kW(S1工作制),主軸端面跳動(dòng)/徑向跳動(dòng)≤0.001mm,廣泛應(yīng)用于精密軸承內(nèi)徑磨削、溝道磨削、螺紋磨削,兼顧軸承試驗(yàn)機(jī)等高轉(zhuǎn)速加工領(lǐng)域。
8.江蘇星晨高速電機(jī)有限公司成立于2004年,是專(zhuān)注主軸研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的高科技公司。展出的銑削電主軸SDTS230-12BF-A100,主軸安裝外徑Φ230mm,主軸內(nèi)置同步電機(jī),最高轉(zhuǎn)速12000r/min,額定功率50kW(S1工作制),額定扭矩146Nm(S1工作制),刀具接口HSK-A100。主軸可選裝溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),熱伸長(zhǎng)量可控制在<5μm。其刀具中心出水與前端環(huán)噴功能可有效降低切削溫度,滿(mǎn)足高精度、高效率的加工需求。

9. 深圳市愛(ài)貝科精密工業(yè)股份有限公司成立于2013年,主要產(chǎn)品有電主軸和機(jī)械主軸。展出的ABG0154O2L-H100.M.EG4(C)銑削電主軸,主軸安裝外徑Φ230mm,主軸內(nèi)置同步電機(jī),最高轉(zhuǎn)速10000r/min,額定功率54kW(S1工作制),額定扭矩200Nm(S1工作制),刀具接口HSK-A100。主軸端面采用愛(ài)貝科獨(dú)特的凸臺(tái)設(shè)計(jì),藏污能力強(qiáng),有效保證重復(fù)裝夾精度,廣泛應(yīng)用于加工中心及擺頭等。

還展出了銑削電主軸ABG0215O3L-BBT40,安裝外徑Φ150mm,最高轉(zhuǎn)速16000r/min,額定功率15kW(S1工作制),額定扭矩43Nm(S1工作制),刀具接口BBT40,具有低熱伸長(zhǎng)、高剛性等特點(diǎn)。
10.釸達(dá)精密股份有限公司成立于2005年,展出銑削電主軸THGS-240.03 HSK-E80,主軸安裝外徑Φ240mm,最高轉(zhuǎn)速3600r/min,功率6.6/8.6kW(S1/S6 40%),扭矩42/55Nm(S1/S6 40%),刀具接口HSK-E80。主軸可選裝AE傳感器、平衡系統(tǒng)、振動(dòng)傳感器、位移傳感器等,滿(mǎn)足高速銑削、外圓研磨、平面研磨、內(nèi)孔研磨等應(yīng)用。
11. 矩將科技有限公司展出M3-LMSN銑削電主軸,主軸安裝外徑Φ120mm,最高轉(zhuǎn)速30000r/min,功率8.2kW(S1工作制),刀具接口BT30/ISO30。在主軸零件加工過(guò)程進(jìn)行頻譜測(cè)量,以確保主軸運(yùn)轉(zhuǎn)特性、組裝品質(zhì)及較好的回轉(zhuǎn)精度。適用于模具及高精度加工領(lǐng)域。
二、行業(yè)現(xiàn)狀與差距分析
1.行業(yè)現(xiàn)狀
境外研發(fā)制造高速電主軸的企業(yè)主要有德國(guó)的GMN、KESSLER,瑞士的FISCHER、IBAG,意大利的GAMFIOR、OMLAT,英國(guó)的Westwind、ABL,以及美國(guó)的SETCO等公司,它們代表了該領(lǐng)域的世界先進(jìn)水平。日本的電主軸產(chǎn)業(yè)較為成熟,以O(shè)KUMA(大隈)和TOYO(東佑達(dá))等企業(yè)為代表,產(chǎn)品線(xiàn)齊全且性?xún)r(jià)比較高。
境內(nèi)電主軸產(chǎn)業(yè)在洛陽(yáng)軸承研究所、無(wú)錫開(kāi)源、安陽(yáng)萊必泰等老牌企業(yè)基礎(chǔ)上,又涌現(xiàn)出了廣州昊志、江蘇星晨、無(wú)錫博華、深圳愛(ài)貝科等電主軸專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)。中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)也聚集了普森、羅翌、釸達(dá)、普惠等代表性電主軸企業(yè)。此外,大連機(jī)床、科德數(shù)控、北京精雕、北京超同步等實(shí)力較強(qiáng)的主機(jī)廠(chǎng)也紛紛布局電主軸領(lǐng)域,共同推動(dòng)著行業(yè)的蓬勃發(fā)展與技術(shù)創(chuàng)新活力。
2.技術(shù)差距分析
(1)主軸最高轉(zhuǎn)速
以主軸刀具接口HSK-A63的同尺寸量產(chǎn)銑削電主軸為例:
境外主軸知名企業(yè)如GMN公司的HCS 230i-30000/150主軸(最大功率150kW,S1工作制)和FISCHER公司MFW-2318/30主軸(最大功率125kW,S1工作制)的最高轉(zhuǎn)速為30000r/min。
境內(nèi)主軸代表企業(yè)如廣州昊志公司DGZX-21020/25-HSK主軸(最大功率25kW,S1工作制)和深圳愛(ài)貝科公司ABG0125O5-H63.A.EG2(C)主軸(最大功率25kW,S1工作制)的最高轉(zhuǎn)速都不超過(guò)20000r/min。
最高轉(zhuǎn)速的差距關(guān)鍵在于:精密軸系設(shè)計(jì)與制造;高功率密度電機(jī)設(shè)計(jì);主軸精密裝配與調(diào)試。
(2)主軸精度
電主軸的靜態(tài)精度是其動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)精度的基礎(chǔ),直接影響加工過(guò)程中刀具(或工件)的旋轉(zhuǎn)軌跡精度,進(jìn)而對(duì)加工零件的形狀精度(如圓度、圓柱度)和尺寸精度產(chǎn)生顯著影響。
本屆展會(huì)展出的境內(nèi)主軸展品的靜態(tài)精度有顯著提升,例如:
北京精雕公司展出的電主軸(刀具接口HSK-A50,最高轉(zhuǎn)速20000r/min,功率14/18kW(S1/S6),扭矩16.5/21.5Nm(S1/S6)),經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,其近端徑向跳動(dòng)僅0.9μm,遠(yuǎn)端(300mm處)徑向跳動(dòng)為1.2μm。這一指標(biāo)遠(yuǎn)高于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JB/T 10801.2-2007《電主軸 第2部分:加工中心用電主軸 技術(shù)條件》精密級(jí)要求的近端3μm、遠(yuǎn)端8μm)。

洛陽(yáng)軸承研究所有限公司展出的新一代磨削用電主軸,其靜態(tài)精度(端面跳動(dòng)/徑向跳動(dòng))最高可達(dá)0.3μm。
這反映了境內(nèi)主軸功能部件廠(chǎng)家在加工制造及裝配調(diào)試水平上的持續(xù)進(jìn)步,主軸在靜態(tài)精度方面與國(guó)際知名品牌的差距明顯縮小。然而,在主軸精度保持性方面,國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品與國(guó)際先進(jìn)水平仍存在差距,具體體現(xiàn)在:(1)材料基礎(chǔ)(材料成分及均勻性);(2)熱處理工藝(微觀組織及殘余應(yīng)力);(3)裝配精度與一致性(軸承的選配及預(yù)緊力的精確施加、關(guān)鍵配合面的幾何精度與表面質(zhì)量、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)平衡精度);(4)調(diào)試與驗(yàn)證水平(調(diào)試策略、測(cè)試方法完善程度,精度衰減預(yù)測(cè)與補(bǔ)償)。這些環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣,任一方面的短板都可能成為制約主軸在長(zhǎng)期、嚴(yán)苛工況下維持高精度的瓶頸。
(3)主軸熱伸長(zhǎng)
主軸熱伸長(zhǎng)在機(jī)床運(yùn)行中極其重要,因?yàn)樗@著地影響加工精度和零件質(zhì)量,是制約高精度加工的關(guān)鍵因素之一。
境內(nèi)外主軸企業(yè)在本屆展會(huì)動(dòng)態(tài)展示的先進(jìn)熱伸長(zhǎng)控制技術(shù)及其精密控制成果(如超低熱伸長(zhǎng)、快速熱穩(wěn)定),是主軸展區(qū)的一大亮點(diǎn),突出表現(xiàn)為:
國(guó)外主軸知名企業(yè)如瑞士FISCHER公司MFW-1220/45/8 CSC VC HSK-E40主軸搭配飛速軸心冷卻技術(shù),軸向熱伸長(zhǎng)能控制更好;瑞士TDM公司TH120.H40T.02.B主軸內(nèi)部設(shè)置有軸心冷卻結(jié)構(gòu),熱穩(wěn)定性≤0.3μm(穩(wěn)定時(shí)間20min),可顯著提高零件加工質(zhì)量。
國(guó)內(nèi)主軸代表企業(yè)如廣州昊志公司DGZYX-15024/25-HSK主軸內(nèi)部設(shè)置有軸芯冷卻結(jié)構(gòu),主軸熱伸長(zhǎng)量?jī)H為常規(guī)主軸的1/4,穩(wěn)定時(shí)間僅需3min,加工效率提升75%;深圳市愛(ài)貝科公司的ABG0215O3L-BBT40主軸具備中心出水功能,全熱伸長(zhǎng)15μm,主軸具有低熱伸長(zhǎng)、高剛性等特點(diǎn);江蘇星晨公司的SDTS230-12BF-A100主軸可選裝溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),熱伸長(zhǎng)量可控制在<5μm。
雖然國(guó)內(nèi)主軸企業(yè)在熱伸長(zhǎng)控制方面取得顯著成效,但在系統(tǒng)性能力(抑制設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)傳感、補(bǔ)償算法)上仍與國(guó)際領(lǐng)先水平存在差距。
(4)智能化與集成化
主軸的自動(dòng)化控制已是當(dāng)前機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)配置,這使得數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化操作。智能化是當(dāng)下先進(jìn)主軸的顯著特點(diǎn),它可以實(shí)時(shí)反映主軸狀況并感知其運(yùn)行情況。
本屆展會(huì)上,主軸展品普遍具備動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能,相關(guān)傳感器(如主軸電機(jī)溫度傳感器、軸承溫度傳感器、主軸熱伸長(zhǎng)傳感器、振動(dòng)傳感器)或已標(biāo)配,或?yàn)榭蛇x裝項(xiàng),旨在實(shí)現(xiàn)主軸的智能化控制。然而,國(guó)內(nèi)主軸企業(yè)與國(guó)外知名企業(yè)相比仍存在顯著差距,主要體現(xiàn)在兩方面:
核心硬件依賴(lài):為獲取高精度檢測(cè)數(shù)據(jù),國(guó)內(nèi)企業(yè)通常依賴(lài)進(jìn)口高端傳感器,缺乏自主可控的核心硬件支撐。
數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用短板:在獲取主軸動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)后的軟件處理與分析應(yīng)用方面,差距明顯。國(guó)外領(lǐng)先企業(yè)已布局成熟的自主系統(tǒng),例如德國(guó)GMN開(kāi)發(fā)的IDEA-4S主軸監(jiān)測(cè)電子系統(tǒng),可有效采集和評(píng)估主軸參數(shù);瑞士FISCHER的主軸智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng),能實(shí)現(xiàn)工況監(jiān)測(cè)診斷及剩余壽命估算。相比之下,國(guó)內(nèi)企業(yè)在電主軸智能化領(lǐng)域雖有一定研究進(jìn)展,但成熟的商業(yè)化產(chǎn)品仍較為匱乏。期待國(guó)內(nèi)企業(yè)能加速研發(fā)步伐,盡快在主軸智能化技術(shù)及智能化主軸產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上取得更大突破。
總之,國(guó)產(chǎn)電主軸行業(yè)正以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)突破技術(shù)壁壘,在主軸精度、熱伸長(zhǎng)控制等關(guān)鍵性能上實(shí)現(xiàn)顯著提升。然而,在材料基礎(chǔ)、智能化集成及動(dòng)態(tài)精度保持性等方面,仍需持續(xù)攻堅(jiān)。期待行業(yè)聚焦關(guān)鍵技術(shù),強(qiáng)化全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同,共同推動(dòng)國(guó)產(chǎn)主軸功能部件向更高性能、更可靠的方向發(fā)展,提升整體競(jìng)爭(zhēng)力。
來(lái)源:協(xié)會(huì)主軸分會(huì)(洛陽(yáng)軸研所 李東亞)
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