木材加工高速電主軸技術(shù)研究進(jìn)展

劉安興

（云南省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院生態(tài)分院，昆明 650000）

一般而言，對(duì)人造板以及木材進(jìn)行精細(xì)加工都會(huì)采用高速銑削的方式，以往的木材加工設(shè)備采用的主軸都是利用普通的傳送帶進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而帶動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行，這樣的技術(shù)運(yùn)用顯然不能滿足高速加工的標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在的木材加工都會(huì)采用高速運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)與主軸相結(jié)合的結(jié)構(gòu)方式，這樣的設(shè)備安裝可以很好地將設(shè)備緊密結(jié)合起來(lái)，并且耗能低、效率高，在精深加工中運(yùn)用比較廣泛。

1 高速電主軸技術(shù)的特點(diǎn)及其分類

1.1 技術(shù)的特點(diǎn)

高速電主軸技術(shù)在木材加工行業(yè)中的應(yīng)用主要是因?yàn)樵诩庸ひ恍┹^為珍貴的木材時(shí)，需要減少油漬、水分等對(duì)木材表面造成的損傷以及為了減少木屑對(duì)機(jī)床造成的影響。在木材加工過程中，將高速電主軸技術(shù)與銑削技術(shù)原理以及加工工藝所具有的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)就構(gòu)成了木材加工電主軸的核心部分，該部分不僅集合了電機(jī)技術(shù)、自動(dòng)刀的交換技術(shù)、主軸系統(tǒng)，還包括了平衡技術(shù)、變速調(diào)速、矢量的控制等技術(shù)，高速電主軸更加強(qiáng)調(diào)空氣的密封以及冷卻所要采用的方法，尺寸要求比較高，對(duì)外觀也有一定的要求。

1.2 高速電主軸的類別

電主軸的類別多種多樣，分類方式的不同就會(huì)導(dǎo)致類別的不同，一般來(lái)說，根據(jù)刀具的更換方式，可以將電主軸分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種，手動(dòng)類別的電主軸不能夠自動(dòng)的拉刀、送刀。除此之外，依照電主軸所采用的冷卻方式的不同，可以將其分為液體和氣體介質(zhì)冷卻兩種，液體介質(zhì)的冷卻方式所需要的比熱容比較大，從而可以起到更好的冷卻效果，盡管說氣體冷卻方式在冷卻效果上沒有液體好，但是相對(duì)應(yīng)的電主軸結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，所需要花費(fèi)的成本也較低。最后按照刀具接口的方式不同，可以將電主軸分為HSK、ISO、HK等三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，后兩者的結(jié)合面呈現(xiàn)錐形，比較適合運(yùn)用在中、高轉(zhuǎn)速，前者因?yàn)槎嗣嬉约板F面處于同時(shí)定位的狀態(tài)，因此，更適合更高的轉(zhuǎn)速。

2 存在問題分析

盡管說，高度電主軸技術(shù)已經(jīng)在以上諸多方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是在某些方面還存在著十分明顯的問題。第一個(gè)就是木材的加工工藝限制了液體冷卻介質(zhì)的具體應(yīng)用，不得不轉(zhuǎn)向空氣冷卻，但是空氣冷卻又會(huì)降低電主軸的工作效果。第二個(gè)就是在一些比較核心的零部件的制造材料以及技術(shù)的選擇上受到國(guó)內(nèi)條件的限制，熱處理、加工精度等方面還存在著上十分明顯的差距，這都需要在之后的研究過程中進(jìn)行著重分析。

3 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀的案例分析

國(guó)內(nèi)的木工電主軸廠家發(fā)展也比較迅速，多采用風(fēng)冷方式。江蘇華雕機(jī)械有限公司生產(chǎn)的HDK系列風(fēng)冷雕刻自動(dòng)換刀電主軸，最高轉(zhuǎn)速24 000rpm，功率范圍1.2～5kW。安陽(yáng)市菲浦?jǐn)?shù)控機(jī)械有限公司生產(chǎn)的電主軸功率范圍0.12～8kW，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)24 000rpm。洛陽(yáng)軸承研究所的高速電主軸技術(shù)研究開展較早，目前有些技術(shù)已經(jīng)接近國(guó)際先進(jìn)水平。著名的生產(chǎn)廠家包括了上海富田電機(jī)制造有限公司、天津安全電機(jī)有限公司、上海森力瑪電機(jī)有限公司等。從這些公司的實(shí)際發(fā)展過程中我們可以看出來(lái)，高速電主軸技術(shù)要想做到全面的推廣和進(jìn)步，還有很長(zhǎng)的一段路要走。

4 技術(shù)研究進(jìn)展分析

4.1 電主軸的高轉(zhuǎn)速、大功率

一般來(lái)說，電主軸在木材進(jìn)行高速銑削的過程中轉(zhuǎn)速可以達(dá)到20 000rpm，這樣就可以確保加工的木材表面具備比較高的粗糙度。并且隨著木材加工技術(shù)水平的不斷發(fā)展，各種木質(zhì)產(chǎn)品的不斷推出，對(duì)于加工機(jī)床的要求也是越來(lái)越高，對(duì)于企業(yè)的生產(chǎn)效率也提出了更高的要求，因此，更多電主軸的發(fā)展開始轉(zhuǎn)向了高轉(zhuǎn)速、大功率，一般都會(huì)采用10kW，轉(zhuǎn)速在24 000rpm左右，這樣就可以很好的縮短產(chǎn)品的加工周期。

4.2 冷卻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析

在電主軸處于高速的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，內(nèi)部的電流就會(huì)圍繞著繞組產(chǎn)生十分巨大的熱量，軸承也會(huì)因?yàn)槟Σ廉a(chǎn)生熱量，這樣就會(huì)使得鐵心的溫度不斷升高，并且這些溫度都是需要通過冷卻介質(zhì)帶出電主軸的，因?yàn)?，為了更好地提高電主軸的散熱效率，提高機(jī)器的使用效率，在現(xiàn)在所使用的轉(zhuǎn)子這一設(shè)備上需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)多樣化的設(shè)計(jì)，比如說，可以將導(dǎo)熱性較好的材料（樹脂等）直接纏繞在冷卻套或者軸套上，這樣就可以很好地提高轉(zhuǎn)子的冷卻效果。

4.3 軸承高速運(yùn)轉(zhuǎn)技術(shù)

高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承是電主軸的核心部分，對(duì)于軸承的要求不僅僅包含了具有很好的承載力和剛力，還要求在使用的過程中具備較長(zhǎng)的壽命。一般而言，電主軸在使用的過程中會(huì)使用可以承受軸向以及徑向負(fù)荷的軸承?，F(xiàn)代新工藝以及新技術(shù)的發(fā)展，使得陶瓷類別的軸承、磁力軸承等具備了高轉(zhuǎn)速、壽命長(zhǎng)、升溫慢的特點(diǎn)，這些新的軸承可以在很大程度上提高電主軸的使用效率。

4.4 動(dòng)平衡技術(shù)的研究

木材加工設(shè)備一直都處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，電主軸也是經(jīng)常處在20 000rpm的狀態(tài)下工作，這就給主軸內(nèi)部的平衡性提出了更高的要求，要采用精度更高的主軸來(lái)實(shí)現(xiàn)電主軸的高速運(yùn)行。在對(duì)電主軸的平衡性進(jìn)行了相對(duì)應(yīng)的測(cè)試之后發(fā)現(xiàn)，需要將轉(zhuǎn)子以及旋轉(zhuǎn)部件作為一個(gè)整體來(lái)進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的平衡性測(cè)試和校準(zhǔn)工作，這樣可以很好的消除荷載、裝備之間的誤差以及溫度對(duì)電主軸產(chǎn)生的干擾，提高主軸的動(dòng)平衡性精度。

4.5 檢測(cè)技術(shù)的運(yùn)用

現(xiàn)在的木材加工設(shè)備因?yàn)檗D(zhuǎn)速以及加工精度的不斷提高，對(duì)于電主軸的安全性也提出了新的考驗(yàn)，現(xiàn)在的電主軸一般包含了相應(yīng)的安全報(bào)警能力，比如說我們常見的溫度檢測(cè)功能、監(jiān)控軸承震動(dòng)的裝置以及刀具松拉檢測(cè)裝置等。這些安全監(jiān)測(cè)裝置的安裝可以很好地檢測(cè)到松動(dòng)的擺動(dòng)頭，還可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，除此之外，刀具保護(hù)裝置還可以很好的保護(hù)操作者的安全。

木材加工行業(yè)始終離不開高速電主軸技術(shù)，尤其是在新技術(shù)、新材料不斷涌現(xiàn)的今天，高速電主軸技術(shù)顯得更為重要，要想在木材加工行業(yè)取得一席之地，就必須要強(qiáng)化電主軸技術(shù)的研究力度，爭(zhēng)取將高速電主軸技術(shù)的效果最大化。

［1］ 林輝.木工機(jī)械用高速電主軸設(shè)計(jì)與性能分析［D］.廣東工業(yè)大學(xué)，2012.

［2］ 張世珍，劉炳業(yè)，范晉偉，等.電主軸設(shè)計(jì)的幾個(gè)關(guān)鍵問題［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2013（8）.

［3］ 劉素華，袁世先.電主軸關(guān)鍵技術(shù)及工藝要點(diǎn)［J］.安陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（5）.