什么是主轴？
主轴是指从发动机或电动机接收动力并将其传递到其他部件的轴。主轴，也称为光轴，在光学序列中具有对称的直径。例如，球面镜的主轴是一条穿过镜子中心并垂直于镜子的直线。透镜的主轴或光轴光学序列是连接透镜表面中心的线。淬火热处理后，主轴表面会有一层硬化层。正是由于这种硬化层，主轴的硬度、耐磨性和使用寿命得到了提高。
主轴通常由主轴、轴承和传动部件（齿轮或皮带轮）组成。在机床中，它主要用于支撑齿轮和皮带轮等传动部件，以及传递运动和扭矩，如机床主轴。有些用于夹紧工件，例如心轴。除刨床、拉床等主轴为直线运动的机床外，大多数机床都有主轴部件。主轴部件的运动精度和结构刚度是决定加工质量和切削效率的重要因素。衡量主轴部件性能的指标主要是旋转精度、刚度和速度适应性。
机床主轴是驱动刀具或工件在机床上旋转以产生切削运动的运动轴。根据主轴驱动方式的不同，机床主轴可分为机械主轴和电主轴。机床主轴的部件通常由主轴、轴承和传动装置组成。在机床中，主轴电机和中间的传动装置驱动主轴旋转。输出扭矩和功率较大，但速度、精度和稳定性相对较差。
- 旋转精度：主轴旋转时在影响加工精度的方向上发生的径向和轴向跳动主要由主轴和轴承的制造和装配质量决定。
- 动静刚度：主要由主轴的弯曲刚度、刚度和轴承的阻尼决定。
- 速度适应性：允许的最大转速和转速范围主要由轴承的结构和润滑，以及散热条件决定。
什么是电主轴？
电主轴是近年来在数控机床领域集成机床主轴和主轴电机的新技术。与直线电机技术和高速刀具技术一起，它将推动高速加工进入一个新时代。电主轴是一组部件，包括电主轴本身及其附属文件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器和换刀装置。
电主轴的高速电机放置在主轴组件内部，这是一种从结构上集成了机床主轴和电机功能的新型主轴组件。电主轴由内置电机直接驱动，通过控制系统，主轴可以获得所需的工作速度和扭矩，因此也称为内置电主轴。电主轴省去了皮带、齿轮或联轴器的传动环节，将机床传动链的长度缩短为零，实现了机床的零传动，有效提高了主轴在高速条件下的整体性能。
电主轴是数控机床领域将机床主轴和主轴电机融为一体的新技术。主轴是一套部件，包括电主轴本身及其附件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置等。这种主轴电机和机床主轴二合二为一的传动结构，使主轴部件相对独立于传动系统和机床的整体结构，因此可以制成主轴单元。它的特点是速度快，精度高，噪音低，内圈带锁的结构更适合喷雾润滑。电动主轴不依赖外部电机提供扭矩和功率，电机是主轴和外壳组件的组成部分。这允许主轴作为一个完整的单元以更高的速度旋转，而不受皮带或齿轮的额外限制。
电主轴行业市场分析：
全球对电主轴的需求主要集中在中国、日本、美国、瑞士、意大利、韩国等国家和地区。中国是全球主要的电主轴市场，国产化率不断提高。近年来，随着市场占有率的提高和国内企业技术的成熟，2021年中国电主轴市场规模将达到4.78亿美元，同比增长11.75%。预计2028年市场规模将达到7.74亿美元。2022-2028年的复合年增长率为6.67%。
从企业来看，电主轴的主要制造商在中国、欧洲、日本和中国。其中，外资企业在过去几年占据了高端产品的主要市场。近年来，随着国内企业加大研发投入，产品获得了一定的市场竞争力，开始抢占越来越多的市场份额。同时，随着国内产业升级政策的大力推进，客户对电主轴提出了更多的质量要求和技术指标，规格和功能也越来越多样化。电主轴企业应积极提高产品质量，使其产品对市场具有吸引力。
哪些技术集成到电主轴中？
- 高速轴承技术：电主轴通常采用复合陶瓷轴承，耐磨耐热，使用寿命是传统轴承的数倍。有时也使用电磁悬挂轴承或静压轴承，内圈和外圈不接触，理论上使用寿命无限。
- 高速电机技术：电主轴是电机与主轴一体化的产物。电机的转子是主轴的旋转部分。从理论上讲，电动主轴可以看作是高速电机。关键技术是高速动平衡。
- 润滑：电主轴的润滑一般采用定时定量的油气润滑。可以使用油脂润滑。定时意味着定期注油。所谓定量是指通过一种称为定量阀的装置，精确控制每次润滑油的量。油气润滑是指润滑油在压缩空气的压力下吹入陶瓷轴承。控制油量很重要。如果太少，则不会润滑。如果太多，当轴承高速旋转时，由于油的阻力而产生热量。
- 冷却装置：为了尽快为高速电主轴散热，电主轴的外壁通常与冷却液循环，冷却装置的作用是保持冷却液的温度。
- 内置脉冲编码器：为实现自动换刀和刚性攻丝，电主轴内置脉冲编码器，实现精确的相位角控制和与进给的协调。
- 自动换刀装置：应用于加工中心，电主轴配有自动换刀装置，包括碟形弹簧、拉刀缸等。
- 高速切削刀具的夹紧方式：熟悉的BT和ISO刀具已被证明不适合高速加工。在这种情况下，HSK和SKI等高速工具被扩展。
- 高频变频装置：实现电主轴每分钟数万甚至数十万转的速度。必须使用高频转换装置来驱动电主轴的内置高速电机，变频器的输出频率必须达到数千或数千赫兹。
高速电主轴的开发、设计和生产中面临的挑战：
- 润滑：电主轴的润滑方式主要包括脂润滑、油雾润滑、油气润滑等。我国主要采用脂润滑和油雾润滑。虽然脂润滑使用方便，通用性强，但这两种润滑方法都不能精确控制供油量，不利于主轴轴承转速和寿命的提高。雾气润滑会在一定程度上污染环境。油气润滑可以精确控制每个摩擦点的润滑油量，但所需设备复杂，成本高。目前，国外高速电主轴轴承普遍采用先进的油气润滑技术。
- 在功能和性能方面：国外已经在开发用于数控机床的多功能、高性能电主轴产品，而中国仍以常规产品为主要发展方向。部分原因是国外电主轴厂家一般只负责电主轴的整体设计、技术研发、备件的组装和检测，其余关键备件由市场采购。由于分工细致，各机构都能对本专业的关键技术进行科技攻关，因此国外电主轴生产企业在关键功能部件的研发方面具有较强的前瞻性和创新能力。
- 基础工业：我国在材料和热处理方面与工业发达国家有一定差距，特别是在主轴加工工艺和关键零部件制造技术方面。由于机床的限制，许多零件在表面粗糙度和形状和位置公差方面不如国外先进制造水平。
电主轴整体发展趋势：
- 大功率：电主轴正朝着高速、大功率、低速、高扭矩的方向发展。根据实际应用的需要，大多数数控机床需要能够满足低速粗加工时的重切削和高速切削时的精加工要求。因此，电主轴应具有低速、高扭矩、高速、大功率的性能。
- 高速：电主轴继续向高速、高刚性发展。在电主轴轴承及其润滑技术、精密加工技术、精密动平衡技术不断发展的背景下，数控机床的高速电主轴已成为当前发展的共同趋势。在刚性方面，由于轴承及其润滑技术的发展，电主轴的系统刚性正在增加，这满足了高速，高效率，精密加工数控机床发展的需要。
- 高精度：电主轴向高精度、高可靠性、长寿命方向进一步发展。随着最终用户对数控机床的精度和可靠性提出越来越高的要求，相应地，对电主轴精度和可靠性的要求也在不断提高。同时，由于采用了特殊的精密轴承，先进的润滑方法，特殊的预紧施加方法，电主轴的寿命相应延长，其可靠性越来越高。
