木材加工高速電主軸技術研究進展

劉安興

（云南省林業調查規劃院生態分院，昆明 650000）

一般而言，對人造板以及木材進行精細加工都會采用高速銑削的方式，以往的木材加工設備采用的主軸都是利用普通的傳送帶進行驅動，從而帶動整個系統運行，這樣的技術運用顯然不能滿足高速加工的標準。現在的木材加工都會采用高速運轉電機與主軸相結合的結構方式，這樣的設備安裝可以很好地將設備緊密結合起來，并且耗能低、效率高，在精深加工中運用比較廣泛。

1 高速電主軸技術的特點及其分類

1.1 技術的特點

高速電主軸技術在木材加工行業中的應用主要是因為在加工一些較為珍貴的木材時，需要減少油漬、水分等對木材表面造成的損傷以及為了減少木屑對機床造成的影響。在木材加工過程中，將高速電主軸技術與銑削技術原理以及加工工藝所具有的特點結合起來就構成了木材加工電主軸的核心部分，該部分不僅集合了電機技術、自動刀的交換技術、主軸系統，還包括了平衡技術、變速調速、矢量的控制等技術，高速電主軸更加強調空氣的密封以及冷卻所要采用的方法，尺寸要求比較高，對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導致類別的不同，一般來說，根據刀具的更換方式，可以將電主軸分為手動和自動兩種，手動類別的電主軸不能夠自動的拉刀、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冷卻兩種，液體介質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，但是相對應的電主軸結構較為簡單，所需要花費的成本也較低。最后按照刀具接口的方式不同，可以將電主軸分為HSK、ISO、HK等三個標準，后兩者的結合面呈現錐形，比較適合運用在中、高轉速，前者因為端面以及錐面處于同時定位的狀態，因此，更適合更高的轉速。

2 存在問題分析

盡管說，高度電主軸技術已經在以上諸多方面取得了長足的進步，但是在某些方面還存在著十分明顯的問題。第一個就是木材的加工工藝限制了液體冷卻介質的具體應用，不得不轉向空氣冷卻，但是空氣冷卻又會降低電主軸的工作效果。第二個就是在一些比較核心的零部件的制造材料以及技術的選擇上受到國內條件的限制，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行著重分析。

3 國內發展現狀的案例分析

國內的木工電主軸廠家發展也比較迅速，多采用風冷方式。江蘇華雕機械有限公司生產的HDK系列風冷雕刻自動換刀電主軸，最高轉速24 000rpm，功率范圍1.2～5kW。安陽市菲浦數控機械有限公司生產的電主軸功率范圍0.12～8kW，最高轉速可達24 000rpm。洛陽軸承研究所的高速電主軸技術研究開展較早，目前有些技術已經接近國際先進水平。著名的生產廠家包括了上海富田電機制造有限公司、天津安全電機有限公司、上海森力瑪電機有限公司等。從這些公司的實際發展過程中我們可以看出來，高速電主軸技術要想做到全面的推廣和進步，還有很長的一段路要走。

4 技術研究進展分析

4.1 電主軸的高轉速、大功率

一般來說，電主軸在木材進行高速銑削的過程中轉速可以達到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水平的不斷發展，各種木質產品的不斷推出，對于加工機床的要求也是越來越高，對于企業的生產效率也提出了更高的要求，因此，更多電主軸的發展開始轉向了高轉速、大功率，一般都會采用10kW，轉速在24 000rpm左右，這樣就可以很好的縮短產品的加工周期。

4.2 冷卻結構的設計分析

在電主軸處于高速的運轉狀態時，內部的電流就會圍繞著繞組產生十分巨大的熱量，軸承也會因為摩擦產生熱量，這樣就會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帶出電主軸的，因為，為了更好地提高電主軸的散熱效率，提高機器的使用效率，在現在所使用的轉子這一設備上需要進行結構多樣化的設計，比如說，可以將導熱性較好的材料（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子的冷卻效果。

4.3 軸承高速運轉技術

高速運轉的軸承是電主軸的核心部分，對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的壽命。一般而言，電主軸在使用的過程中會使用可以承受軸向以及徑向負荷的軸承。現代新工藝以及新技術的發展，使得陶瓷類別的軸承、磁力軸承等具備了高轉速、壽命長、升溫慢的特點，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 動平衡技術的研究

木材加工設備一直都處于高速運轉的狀態，電主軸也是經常處在20 000rpm的狀態下工作，這就給主軸內部的平衡性提出了更高的要求，要采用精度更高的主軸來實現電主軸的高速運行。在對電主軸的平衡性進行了相對應的測試之后發現，需要將轉子以及旋轉部件作為一個整體來進行相對應的平衡性測試和校準工作，這樣可以很好的消除荷載、裝備之間的誤差以及溫度對電主軸產生的干擾，提高主軸的動平衡性精度。

4.5 檢測技術的運用

現在的木材加工設備因為轉速以及加工精度的不斷提高，對于電主軸的安全性也提出了新的考驗，現在的電主軸一般包含了相應的安全報警能力，比如說我們常見的溫度檢測功能、監控軸承震動的裝置以及刀具松拉檢測裝置等。這些安全監測裝置的安裝可以很好地檢測到松動的擺動頭，還可以實現閉環控制，除此之外，刀具保護裝置還可以很好的保護操作者的安全。

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

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［2］ 張世珍，劉炳業，范晉偉，等.電主軸設計的幾個關鍵問題［J］.制造技術與機床，2013（8）.

［3］ 劉素華，袁世先.電主軸關鍵技術及工藝要點［J］.安陽師范學院學報，2011（5）.