国内外高性能机床用轴承 技术水平差异分析

　　1.角接触球轴承电主轴领域

　　国内现有水平：在加工中心和数控铣床电主轴方面，洛阳轴承研究所开发了油气润滑型加工中心电主轴，额定功率和最高转速达22kW、24000r/min；湖南大学研制的永磁同步型加工中心电主轴，额定功率35kW，最高转速18000r/min，径向圆跳动1.5μm，动平衡精度G0.4，配备HSK－A63刀柄，采用油气润滑和强制水冷方式。沈阳建筑大学开发高速大功率陶瓷球轴承电主轴单元最高转速达到30000r/min，功率达20kW；研制开发的无内圈式全陶瓷电主轴单元最高转速达到30000r/min，最大功率达到15kW，回转精度≤±1μm。在磨用电主轴方面，洛阳轴承研究所主轴产品Dmn值达到170～200万mm·r/min；轴承套圈磨用电主轴最大功率为达32kW（S6～60%），最高转速为120000r/min；高铁轨道板磨用电主轴达150kW（S1～100%），最高转速2000r/min；工作寿命普遍在1500～2000h。

　　国际先进技术水平：在加工中心和数控铣床电主轴方面，国际上油脂润滑型加工中心用电主轴最高转速为60000r/min，油气润滑型数控铣最高转速为140000r/min，而大功率电主轴的功率可达80kW，转速为10000r/min，其最大转矩可达380N·m。在磨用电主轴方面，国际主轴产品的轴承Dmn值高达240万mm·r/min，选用油气润滑方式，输出功率普遍比上一代产品增加50%左右，其工作寿命亦普遍增长50%左右。

　　国家数控机床重大专项技术目标：①额定功率和最高转速为50kW、20000r/min（另两款为30kW、30000r/min和10kW、40000r/min）。②具有轴承动态预紧调整功能。③平均无故障运行时间≥5000h。④主轴回转精度＜1.0μm。⑤轴系统刚度≥300N·μm。⑥动平衡精度G0.4级。⑦恒功率>14。⑧转速波动范围0.04%以下。⑨C轴位置控制精度10″。⑩高分辨率编码器接口最大可支持17位编码器（131072脉冲/r）。11.具有两种现场总线接口。

　　2.液体（动）静压轴承电主轴领域

　　国内现有水平：上海原创精密机床主轴有限公司研制的液体（动）静压电主轴，额定功率和最高转速达到34kW、8500r/min，径向跳动1μm。东方精益公司生产的液体（动）静压电主轴，额定功率/最高转速达到17kW、8000r/min，径向跳动1μm，径向刚度>500N·μm。湖南大学针对超高速外圆/凸轮轴磨床开发了电动机内置式液体（动）静压电主轴，额定功率和最高转速达35kW、10000r/min，径向圆跳动1μm；同时还针对高速内圆磨床，开发了12kW、30000r/min电动机内装式液体动静压电主轴。北京航空航天大学下属的北京北航精密有限公司开发了系列（动）静压主轴产品，额定功率和最高转速达到7.5kW、48000r/min，回转精度能达到0.5μm以内。在内圆磨（动）静压主轴方面，国内已生产转速达20000r/min，主轴直径28mm的主轴产品。目前国内液体（动）静压主轴的回转精度最高能达到0.1μm。

　　国际先进水平：德国HYPOSTATIK公司开发的外圆磨电主轴，最高工作转速为7600r/min，功率为50kW，砂轮径向刚度>320N·μm；凸轮磨凹面磨削主轴，转速25000/35000r/min，砂轮径向刚度为120/60N·μm；铣削静压电主轴，最高工作转速为42000r/min，功率为15kW，轴承刚度为200/160N·μm。英国CranfieldPrecision公司开发的液体静压主轴最高转速为15000r/min，供油压力为3.5MPa，径向/轴向刚度为200/440N·μm，回转精度达0.1μm。

　　3.气体轴承电主轴领域

　　国内现有水平：在PCB板高速钻削用电主轴领域，洛阳轴承研究所生产的气静压电主轴转速达到90000r/min，用于钻削φ0.3～φ0.7mm的小孔，效率为190次/min，工作寿命为900h。广州市昊志机电有限公司联合哈尔滨工业大学开发成功的DQFZ－200型空气轴承电主轴，转速达200000r/min，已批量应用于PCB钻孔行业。该主轴采用空气静压轴承和高性能永磁直流电动机，能够承受60N径向载荷（轴端侧推力）和170N的轴向载荷，刀具夹持转矩大于127N·cm，动态偏摆小于8μm，最小钻孔直径可达0.05mm。超精密机床气体轴承电主轴领域：北京机床研究所开发的NAM－820，主轴转速1000r/min，径向刚度150N·μm，回转精度0.05μm，性能指标接近国际水平且已实现商品化；北京精密机械研究所研制的金刚石镗床，采用了花岗岩制造的精密空气轴承主轴；哈尔滨工业大学研制的CNC超精密车床，加工直径为300mm，回转精度达0.05μm。

　　国际先进水平：在PCB板高速钻削用电主轴领域，已大面积推广应用120000～180000r/min气静压轴承支承的超高速电主轴，以加工φ0.1～φ0.15mm的小孔，其效率可达400次/min。Westwind公司的D1733，采用双排小孔节流轴承结构，工作转速可高达250000r/min，承载能力50N左右。超精密机床气体轴承电主轴领域，ABT公司生产的SP125，采用了半球轴承结构，转速6000r/min，承载力达到500N以上，径向刚度为67N·μm，轴向刚度134N·μm，回转精度为0.05μm。美国Preitech公司生产的Nanoform700ultra，主轴转速50000r/min，轴向刚度69N·μm，径向刚度23N·μm，回转精度为0.05μm；日本Toshiba公司生产的ABS－12，轴向和径向刚度达到80N·μm，回转精度0.05μm；美国Moor公司2000年生产的五轴联动500FG超精密机床，空气轴承主轴转速20～2000r/min，主轴回转误差<0.025μm。