電主軸
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電主軸是將機床主軸與主軸電機融為一體的高新技術產品。電主軸實際是指電主軸系統，由電主軸、驅動控制器、編碼器、潤滑裝置、冷卻裝置等組成。電主軸系統是數控機床三大高新技術之一（高速電主軸、數控系統、送給驅動）。隨著數控技術及切削刀具的飛躍發展，越來越多的機械制造裝備都在不斷向高速、高精、高效、高智能化發展，電主軸已成為最能適宜上述高性能工況的數控機床核心功能部件之一，尤其是在多軸聯動、多面體加工、并聯機床、復合加工機床等諸多先進產品中，電主軸的優異特點是機械主軸單元不能替代的。電主軸的質量、性能和水平在很大程度上決定了整機的質量、性能和水平。電主軸的價位從幾萬元到幾十萬元不等，在機床成本構成中占有較大比例。
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一、我國電主軸行業發展概況* i, r1 b9 O1 I% f/ H2 {/ g {
我國電主軸研發生產起源于磨加工，特別是軸承行業的內表面磨加工，是由軸承行業的生產需要而應運而生的。目前國內電主軸的生產以洛陽軸研科技公司最為著名，它生產的內孔磨削用電主軸已有50年的歷史。早在20世紀50年代末，我國的軸承行業就開始生產電主軸。
6 w2 k5 _- \+ s6 U$ {2 _從1958年到1965年，是電主軸生產的萌芽階段。當時主要仿制歐美及前蘇聯樣機，國內形成了洛陽軸承研究所，哈、瓦、洛三大軸承廠與上海微型軸承廠為主體的開發試制電主軸的實體，和為配套機床而開發生產電主軸的無錫機床廠磨頭車間。1 {! g* \- U" x: b" g l$ n, G
從1965年到1978是電主軸發展的第二階段，電主軸開始商品化。我國第一代自行設計、自行開發的磨床用電主軸問世，由洛陽軸研所自行設計的DZ系列電主軸和軸承磨床配套，解決了當時軸承內表面磨削問題。在這一階段，洛陽軸研所和洛軸兩家單位聯合支援建成了電主軸專業生產企業----安陽第二機床電器廠（現改為安陽萊必泰機械有限公司）。* r! J9 t8 K; [
從1978年到1990年，以洛陽軸研所開發的GDZ系列和無錫機床廠的4SD系列電主軸為代表的高剛度、大功率磨用電主軸問世，武裝了不少機床企業。當時洛陽軸承廠、洛陽軸承研究所和無錫機床廠（后改為無錫開源機床集團有限公司）聯合到德國引進制造技術，開發成功了國家“六五”重點課題項目GDZ90A型電主軸、4SD60型電主軸。這個項目獲得國家科技進步二等獎。此時電主軸行業逐漸形成技術優勢占領先地位的洛陽軸承研究所，以配套機床為主的無錫機床廠和安陽第二機床電器廠三家電主軸專業生產廠。
' l* h N7 i& z$ O從1990年到2000年，為數控磨床配套的2GDZ系列超大功率、超大剛度的磨用電主軸開發成功，可以實現高效高質量加工。這一階段，加工中心用電主軸、數控車床、數控銑床用電主軸、高速離心電主軸、高速旋碾電主軸等產品相繼開發出來。洛陽軸研所承擔的國家“九五”攻關項目“內裝式電主軸單元的工程化研究”獲得成功，開發出高速數控機床和加工中心用電主軸，替代進口，實現了數控機床的國產化配套。
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1 v. j: y4 a4 J" B6 v/ Q進入21世紀以后，洛陽軸研所開發成功了剛度更強，功率更大的3GDZ系列磨用電主軸，這一產品主要出口國外。現在電主軸正朝著超高速、高精度的方向發展。目前國內電主軸產品涵蓋內外表面磨削、高速數控銑、高速雕銑、加工中心、PCB板數控鉆銑、高速數控車、高速離心、高速旋碾、高速試驗等領域。1 K0 C5 e' s" P
1 W0 @* \0 B' X# t7 z4 G近年來，除了洛陽軸研科技股份有限公司（洛陽軸研所改制而成）、安陽萊必泰機械有限公司、無錫開源機床集團有限公司三家生產電主軸的傳統企業以外，又涌現出一大批新興企業，電主軸生產企業多達70多家，大多數為民營企業。與此同時，北京機床研究所也開發出用日本 FANUC電機組裝的20000轉/分、24000轉/分電主軸。北京機電研究院、上海第二機床廠等單位，利用德國REXROTH的電機組裝成轉速高于10000轉/分的電主軸。北京第一機床廠和日本大隈合作也開發出轉速高于10000轉/分的電主軸。漢川機床廠，濟寧博特精密絲杠制造有限公司、大連機床廠等數家企業也相繼投入到開發生產電主軸的行列。
1 j" f! S; [" O. H) Z' {目前，常規磨用電主軸、雕銑機床用電主軸國內已經批量生產使用，形成了國內產品一統天下的局面。對一般主軸，技術門檻相對較低，國內技術實力較雄厚，在電主軸性價比方面占有優勢，除非特殊要求，國外產品很少。而銑削用大功率電主軸還處于樣機階段，只有少數企業可以生產。隨著數控機床使用電主軸比例增加，數控機床用電主軸將替代磨用電主軸成為電主軸市場的主力軍。預計2010年國內高檔數控機床對電主軸的需求量約15000套/年以上。& R8 ?3 G% G' x, b
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二、自主化的主要障礙. Y+ m# ` n3 P/ N6 U) s& n" @: _
目前，在業界中，電主軸國產化率低其實是指高端加工中心、數控銑床等銑削用電主軸的國產化率低。雖然以洛陽軸研科技為代表的國內企業，自上世紀90年代就開始進行國產高檔數控機床電主軸及驅動裝置的技術攻關，已經開發出最高轉速在50000轉/分，最大功率在22千瓦的數控機床電主軸產品，并且裝備了部分國產數控機床。但是從總體上講，國產銑削用高速電主軸和國外產品相比，無論是性能、品種和質量都存在較大差距，所以目前國內高檔數控機床上裝配的電主軸及其驅動裝置基本上是國外廠家的天下，包括西門子、FANUC、GMN、Omlet、IBAG、Setco等主軸和驅動方面的巨頭占據了國內高檔數控機床電主軸近90%以上的市場份額。國外產品價格高昂，一個加工中心電主軸國外價格30萬元，而國內產品只有7萬到10萬元。
9 E- M+ X6 Y K3 X; d電主軸是個系統工程，看似簡單，實則不易。入門容易，搞精不易。正是由于在高速軸承技術、精密加工技術、電機技術、驅動控制技術上與國外先進水平有差距，才影響了國產電主軸的市場競爭力。8 z5 u: C& W' ^9 `" `$ a
業內人士認為，我國高檔數控機床用電主軸國產化率低主要有以下幾方面的原因：
, o# |+ F- w! r2 Z4 [6 X! X8 F- a) q（一）技術實力較弱，創新能力嚴重不足，電主軸關鍵核心部件不過關 F; z3 V' H: [2 ^8 K0 p5 B1 x
國外數控機床主軸公司往往只負責主軸的總體設計、技術研發以及零部件裝配和測試工作，其余的關鍵零部件例如：主軸軸承、內裝電機、主軸松拉刀機構、動力油缸或氣缸、主軸軸承潤滑油品等全部實行采購，在產業的分工與合作上具有很強的組織性和互補性，由于分工細致，各自針對本專業的關鍵技術投入人力物力進行科技攻關，致使歐美公司在關鍵部件的研發上具有很強的前瞻性和創新能力，從而帶動了國外電主軸行業的整體技術進步。而國內電主軸廠商，各自為戰，技術資源分散，除洛陽軸研科技作為原來國家軸承行業的技術歸口所擁有一定的綜合研發實力外，其他的企業基本上是在模仿國內外同行的產品進行生產，技術實力較弱，創新能力嚴重不足。在涉及電主軸軸承潤滑、零部件材料選取以及加工工藝、內裝式主軸電機、松拉刀接口、主軸軸承潤滑油品等方面沒有自己獨立的知識產權和核心技術，尤其是在電主軸的關鍵部件領域如伺服驅動控制器、編碼器、動力油缸或氣缸、智能傳感器、軸承、拉爪等方面表現更為突出，基本上是國外產品包打天下。國產軸承主要由于材質和熱處理問題，造成軸承質量不穩定。0 k. V5 [- s7 F
（二）在產品性能以及相關配套技術上均存在差距
& l' D& a* M2 B; E國外加工中心電主軸最大扭矩可以做到310牛米 ，最高轉速14萬轉，國內加工中心、數控銑電主軸最大扭矩做到200牛米,最高轉速5萬轉。國產電主軸功率小，同體積出率只為國外的70%。另外，與電主軸相配套的技術，如電主軸內裝電機閉環矢量控制技術、交流伺服技術、停機角向準確定位技術、C軸傳動技術、快速啟動與停止技術、HSK刀柄制造與應用技術、主軸智能監控技術等，國內仍然不夠成熟。在裝配技術上國產電主軸也落后于人，導致每一個裝配環節的誤差都疊加在電主軸產品上，影響電主軸的穩定性。7 _, u% S1 Y7 ~1 Q: v$ D, ~
（三）制造規模小，產業化程度低5 V- O& [, R0 p. s' Z/ ?
盡管國內已經有部分企業在從事電主軸的研究和制造，但對于數控機床用高速電主軸，則仍然處于小量開發和研究階段，遠沒有形成系列化、專業化和規模化生產。主要電主軸生產廠家除洛陽軸研科技外，其余企業大多為主機廠剝離出的以自我配套為主的電主軸生產廠，要形成高速電主軸產業還有很長的路要走。
- S# U6 Y. o8 j) I8 n" x（四）國外對國內電主軸發展設置障礙
/ w$ o' O! [7 j, v- M; j由于我國高端數控機床用電主軸起步太晚，等我們看清發展趨勢時，國外已大大領先，并對國產技術卡“脖子”。比如，由于國產系統不過關，國內加工中心大多用國外的系統，而國外系統的接口都是數字接口，對國內企業不公開，買國外的系統就要買國外的主軸、電機。我們只能采用模擬量與國外編碼器對接，所以高難度動作電主軸做不出來。
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三、自主化建議' Y \5 R2 u. `; ~. ]8 O/ _
（一）加強電主軸關鍵技術研究。如加強高速、高剛度軸承研究、軸承潤滑冷卻方式研究、新一代驅動技術的研究、新材料新結構的電機技術研究等。“十一五”期間，要重點突破電主軸的智能化預警技術、在線平衡技術；解決電主軸的驅動控制器和系統的接口互聯問題；實現電主軸關鍵部件的國產化等。! K2 s6 r6 A% i4 L3 V
(二)加快電主軸的標準化工作。過去國產電主軸沒有統一的標準，各廠家自行確定電主軸外形尺寸，造成無法互換和用戶難以選型，影響電主軸批量生產。國際上涉及電主軸的比如編碼器系統、刀具接口、電機工作制等的國際標準都是歐美相關企業制定和生產的，這也是他們最具有優勢的地方。目前洛陽軸研科技公司承擔制訂的國內第一個數控機床電主軸行業標準已進入報批階段。
. I z$ _* ~8 r$ }2 w（三）鼓勵支持以專業廠家生產的高質量的電主軸取代各機床廠家自己生產的傳統主軸。電主軸的專業化生產不僅有利于縮短新產品開發和制造周期，而且電主軸已占據數控機床成本很大的比例，它的產業化也有助于增強數控機床的價格競爭優勢。
. N V6 m6 o/ @. s（四）政府要加大政策扶持力度。如加大科技投入，加大技改資金支持，加大鼓勵電主軸國產化的政策支持，電主軸生產企業享受數控機床主機的稅收優惠等。
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軸研科技：電主軸之王- J* w6 R5 _4 r& P7 `+ h
洛陽軸研科技股份有限公司是以洛陽軸承研究所為基礎改制的科技開發型上市公司，去年年產值3.3億元，利潤4500萬元。軸研科技是目前我國最著名的電主軸研發生產企業，該公司主軸開發部每年開發八十多個電主軸品種，年產值3000萬元。自“六五”以來，公司連續承擔并完成多項國家重大科技攻關項目。迄今為止，洛陽軸研科技公司已能開發生產8大類、16個系列、240多種型號的電主軸產品，功率從0.2千瓦～115千瓦，加工中心用電主軸大型的可達外徑320毫米，扭矩200牛米，小型號外徑80毫米，5萬轉/分。該公司開發的加工中心、高速銑床和車床用電主軸，已與國產高速機床和國產并聯機床配套投入使用。
5 [' ?0 g Q( z4 s目前，軸研科技磨用電主軸國內市場占有率達35%～40%，銑削（加工中心、車床等數控機床用）電主軸占10%，高速旋碾、高速離心用電主軸國內市場達90%，高速劃片機以及各類軍品民品試驗機用電主軸100%。21世紀以來，軸研科技與有關大學聯合開發了三大軟件，即高速電機設計CAD，高速軸系結構分析CAD、主軸生產管理PDM，使電主軸的開發由被動型變成主動型。 |
發表于 2010-6-7 14:43:44
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發表于 2010-7-13 10:22:17
