刘安兴

（云南省林业调查规划院生态分院，昆明 650000）

一般而言，对人造板以及木材进行精细加工都会采用高速铣削的方式，以往的木材加工设备采用的主轴都是利用普通的传送带进行驱动，从而带动整个系统运行，这样的技术运用显然不能满足高速加工的标准。现在的木材加工都会采用高速运转电机与主轴相结合的结构方式，这样的设备安装可以很好地将设备紧密结合起来，并且耗能低、效率高，在精深加工中运用比较广泛。

1 高速电主轴技术的特点及其分类

1.1 技术的特点

高速电主轴技术在木材加工行业中的应用主要是因为在加工一些较为珍贵的木材时，需要减少油渍、水分等对木材表面造成的损伤以及为了减少木屑对机床造成的影响。在木材加工过程中，将高速电主轴技术与铣削技术原理以及加工工艺所具有的特点结合起来就构成了木材加工电主轴的核心部分，该部分不仅集合了电机技术、自动刀的交换技术、主轴系统，还包括了平衡技术、变速调速、矢量的控制等技术，高速电主轴更加强调空气的密封以及冷却所要采用的方法，尺寸要求比较高，对外观也有一定的要求。

1.2 高速电主轴的类别

电主轴的类别多种多样，分类方式的不同就会导致类别的不同，一般来说，根据刀具的更换方式，可以将电主轴分为手动和自动两种，手动类别的电主轴不能够自动的拉刀、送刀。除此之外，依照电主轴所采用的冷却方式的不同，可以将其分为液体和气体介质冷却两种，液体介质的冷却方式所需要的比热容比较大，从而可以起到更好的冷却效果，尽管说气体冷却方式在冷却效果上没有液体好，但是相对应的电主轴结构较为简单，所需要花费的成本也较低。最后按照刀具接口的方式不同，可以将电主轴分为HSK、ISO、HK等三个标准，后两者的结合面呈现锥形，比较适合运用在中、高转速，前者因为端面以及锥面处于同时定位的状态，因此，更适合更高的转速。

2 存在问题分析

尽管说，高度电主轴技术已经在以上诸多方面取得了长足的进步，但是在某些方面还存在着十分明显的问题。第一个就是木材的加工工艺限制了液体冷却介质的具体应用，不得不转向空气冷却，但是空气冷却又会降低电主轴的工作效果。第二个就是在一些比较核心的零部件的制造材料以及技术的选择上受到国内条件的限制，热处理、加工精度等方面还存在着上十分明显的差距，这都需要在之后的研究过程中进行着重分析。

3 国内发展现状的案例分析

国内的木工电主轴厂家发展也比较迅速，多采用风冷方式。江苏华雕机械有限公司生产的HDK系列风冷雕刻自动换刀电主轴，最高转速24 000rpm，功率范围1.2～5kW。安阳市菲浦数控机械有限公司生产的电主轴功率范围0.12～8kW，最高转速可达24 000rpm。洛阳轴承研究所的高速电主轴技术研究开展较早，目前有些技术已经接近国际先进水平。著名的生产厂家包括了上海富田电机制造有限公司、天津安全电机有限公司、上海森力玛电机有限公司等。从这些公司的实际发展过程中我们可以看出来，高速电主轴技术要想做到全面的推广和进步，还有很长的一段路要走。

4 技术研究进展分析

4.1 电主轴的高转速、大功率

一般来说，电主轴在木材进行高速铣削的过程中转速可以达到20 000rpm，这样就可以确保加工的木材表面具备比较高的粗糙度。并且随着木材加工技术水平的不断发展，各种木质产品的不断推出，对于加工机床的要求也是越来越高，对于企业的生产效率也提出了更高的要求，因此，更多电主轴的发展开始转向了高转速、大功率，一般都会采用10kW，转速在24 000rpm左右，这样就可以很好的缩短产品的加工周期。

4.2 冷却结构的设计分析

在电主轴处于高速的运转状态时，内部的电流就会围绕着绕组产生十分巨大的热量，轴承也会因为摩擦产生热量，这样就会使得铁心的温度不断升高，并且这些温度都是需要通过冷却介质带出电主轴的，因为，为了更好地提高电主轴的散热效率，提高机器的使用效率，在现在所使用的转子这一设备上需要进行结构多样化的设计，比如说，可以将导热性较好的材料（树脂等）直接缠绕在冷却套或者轴套上，这样就可以很好地提高转子的冷却效果。

4.3 轴承高速运转技术

高速运转的轴承是电主轴的核心部分，对于轴承的要求不仅仅包含了具有很好的承载力和刚力，还要求在使用的过程中具备较长的寿命。一般而言，电主轴在使用的过程中会使用可以承受轴向以及径向负荷的轴承。现代新工艺以及新技术的发展，使得陶瓷类别的轴承、磁力轴承等具备了高转速、寿命长、升温慢的特点，这些新的轴承可以在很大程度上提高电主轴的使用效率。

4.4 动平衡技术的研究

木材加工设备一直都处于高速运转的状态，电主轴也是经常处在20 000rpm的状态下工作，这就给主轴内部的平衡性提出了更高的要求，要采用精度更高的主轴来实现电主轴的高速运行。在对电主轴的平衡性进行了相对应的测试之后发现，需要将转子以及旋转部件作为一个整体来进行相对应的平衡性测试和校准工作，这样可以很好的消除荷载、装备之间的误差以及温度对电主轴产生的干扰，提高主轴的动平衡性精度。

4.5 检测技术的运用

现在的木材加工设备因为转速以及加工精度的不断提高，对于电主轴的安全性也提出了新的考验，现在的电主轴一般包含了相应的安全报警能力，比如说我们常见的温度检测功能、监控轴承震动的装置以及刀具松拉检测装置等。这些安全监测装置的安装可以很好地检测到松动的摆动头，还可以实现闭环控制，除此之外，刀具保护装置还可以很好的保护操作者的安全。

木材加工行业始终离不开高速电主轴技术，尤其是在新技术、新材料不断涌现的今天，高速电主轴技术显得更为重要，要想在木材加工行业取得一席之地，就必须要强化电主轴技术的研究力度，争取将高速电主轴技术的效果最大化。

［1］ 林辉.木工机械用高速电主轴设计与性能分析［D］.广东工业大学，2012.

［2］ 张世珍，刘炳业，范晋伟，等.电主轴设计的几个关键问题［J］.制造技术与机床，2013（8）.

［3］ 刘素华，袁世先.电主轴关键技术及工艺要点［J］.安阳师范学院学报，2011（5）.