在切削加工中，為適應不斷增加的小型工件的精密加工要求，應提高銑床的精度并實現刀具的小型化。銑削電主軸在此加工中起到關鍵的作用。新一代的主軸對轉速、精度和可靠性的要求明顯提高。

關于同步電機是否優越于異步電機的觀點還不能一概而論，而是要根據實際的加工情況而定。通常而言異步電機十分可靠耐用。同步電機的性能可以和異步電機相媲美，只是對變頻器參數沒有精確設定時的反應過于靈敏。因此優化由變頻器和主軸組成的整個驅動系統設計極為重要。異步電機的一個優勢為耐高溫性。同步電機由于轉子上附著磁體，在120℃～150℃有去磁效應，從而耐高溫性較差。

同步電機成為明顯發展趨勢

與異步電機相比，同步電機的優勢在于更大的扭矩和功率密度。此外，由于同步技術可實現更大的軸孔，由此可實現更大的軸心外徑，從而提高主軸的靜態剛性及動態性能。

通常而言，同步電機產生的軸心溫度較低。這將有助于降低軸心的伸長和提高主軸的精度。同步電機的一個缺點為較小的去磁范圍。此外，在去磁環境中必須有測試系統來檢測轉子的位置，這將提高系統費用。然而基于上述優點，同步電機技術仍將為明顯的發展趨勢，因為它可以提高主軸的功率、精度和動態性能。

軸心冷卻越顯重要

在過去的若干年中，精密加工對主軸的要求給人們留下的印象僅為更高的轉速。這種印象在現實中并沒有錯誤，但人們也注意到，至少主軸更高的可靠性和熱穩定性應該予以更多地重視。瑞士（Herzogenbuchsee）Fischer公司的電主軸軸心冷卻系統對上述要求給出了解決方案。軸心的冷卻技術將大幅改善主軸的精度和可靠性。此外，軸心冷卻系統還對主軸軸承系統的設計提供了新的可能性。

對主軸溫度分布的影響

Fischer軸心冷卻系統使整個軸心、轉子和軸承內環的直接冷卻成為可能。冷卻將通過在軸心內的多個通道實現，在通道內流經冷卻介質（如水或油）。系統的核心部件為三通道的回轉接頭，它使冷卻介質流入和流出旋轉的軸心成為可能。回轉接頭的第三個通道用來刀具內部冷卻。系統的密封為無接觸式。（圖1）為主軸基本構成，軸心冷卻系統中冷卻介質流動通道及一般的主軸軸殼冷卻圖示。除了產品的創新外，Fischer公司還在加工制程中有多項創新，以保證能夠可靠地在軸心中加工出冷卻通道。通過對軸心、轉子和軸承內環的直接冷卻使熱量對主軸的影響得以減小。實驗證明，通過軸心冷卻可以比無軸心冷卻多帶走1kW的熱損功率。圖2為軸心冷卻系統對主軸MFW-1412/35VC，HSK-E50的影響。通過軸心冷卻可使刀具接口處溫度降低25K。因此，Fischer帶軸心冷卻的電主軸對刀具幾乎沒有升溫的影響。

圖1 FISCHER軸心冷卻系統圖示

圖2 帶軸心冷卻系統主軸空載時測試結果，由
熱象儀拍攝（主軸型號>MFW-1412/35<，HSK-E50，
外徑140mm，額定功率15kW，轉速 36000r/min）

這種溫度分布的良性變化改善了TCP重復精度（TCP=刀具中心點）和機床的熱機運轉精度。由于主軸的溫度很低，使系統的熱穩定性明顯提高，轉速對溫度變化的影響幾乎消除。被測試主軸的總熱伸長量由于軸心冷卻減少了70%，此外，達到穩定溫度的時間也減少了80%（圖3）。與此同時主軸較低的運轉溫度將減少對機床的熱影響，進而提高機床精度。

圖3 軸心冷卻系統對主軸熱機過程的影響

用于高轉速和長使用壽命的油脂供給技術

在加工吸濕性的材料時油脂潤滑主軸經常要比油氣潤滑主軸更為適合。除了降低成本外，另一個選擇油脂潤滑的原因為減少故障因素的可能性。這些故障因素，如不正確的油氣潤滑設置，使用不適合或清凈度不足的潤滑油等。#p#分頁標題#e#

用于微量精密切削的刀具直徑一般為0.1～20mm，因此微量切削對主軸的負載很小。通常用來判斷軸承使用期限的方法，如疲勞使用壽命不能應用在高速切削，特別是微量精密切削中。其原因為該軸承損壞不是一般的機械疲勞，而是因為磨耗和在某些情況下的黏滯所造成的損壞。軸承的使用壽命主要受到油脂使用壽命的限制。當油脂中的油基含量不足時，油脂及軸承的使用壽命即達到極限。用來隔離滾珠，軸承內外環和軸承滾珠保質架的潤滑油膜將破裂，其后果為摩擦和磨損的增加。通過使用Fischer Precise研發的油脂供給技術可以將新油脂定期微量的輸入到軸承外環（圖4）。已消耗的油脂將從軸承擠出，其結果為軸承壽命明顯提高。通過油脂供給技術是否可以提高轉速還沒有進行相關的試驗。

圖4 主軸帶油脂添加單元

高精無接觸軸承技術

在微量精密切削中除了滾珠軸承外，無接觸軸承（空氣軸承）技術日顯重要。空氣軸承特別適合用于應用范圍和主軸負載明確，或對表面的拋光加工。特別是在小刀具，高轉速，高精度的要求下空氣軸承尤為適合。另一個優點為無磨耗旋轉，比油氣潤滑或油脂潤滑軸承有更長的使用壽命。尤其是在主軸漏油影響工件質量或因油的污染損壞工件時，空氣軸承的優勢更加明顯。空氣軸承應用的一個典型的例子是在印刷電路板的鉆孔。除了空氣軸承極低的噪聲外，還可達到極高的動態旋轉精度（<1μm）。由于空氣軸承的旋轉面無磨耗，和滾珠軸承相比，主軸的旋轉精度隨著運行時間保持不變。在精密微量切削中空氣軸承結合同步驅動技術后，在考慮到運行噪聲，使用壽命和發熱方面的因素，可獲得理想的主軸系統（圖5）。

圖5 空氣軸承主軸>ASC125<，最高轉速125000r/min，
應用在日本Sodick Hightech高精加工中心

Fischer Precise在研發應用于精密微量切削的空氣主軸上取得了很大的成就，在印刷電路板工業中已獲得了很多經驗。配有同步電機，最高轉速至200 000r/min的ASD 200已證明是能滿足微量精密切削的主軸產品。Precise應用專利的空氣軸承具有僅40Nl/min極低的空氣消耗。

正確選擇刀具和夾刀系統

主軸和刀具之間的接口數量影響夾持精度。刀具和主軸之間的接口越少，可達到的夾持精度越高。熱縮式HSK帶有兩個內部接口無疑是當前的標準。為了達到更高的精度可通過精密筒夾，熱縮式聯接或多邊形夾持技術在軸心內直接夾持。軸心內直接夾持的一個缺點為所有刀柄直徑必須相同。對此應用的轉換接頭通常較麻煩并增加的接口數量。

HSK接口的最大允許圓周線速度限制了主軸的轉速。HSK-E25可實現最大轉速80 000r/min，HSK-E32可實現轉速60 000r/min，因此對小刀具加工只能用折衷的圓周線速度驅動。一種可能的解決方案為應用一前置主軸，如氣動主軸，可通過HSK接口和主軸聯接。這種解決方案將減小機床的工作空間而且由于接口數量使可達到的精度降低。但該方案對較廣泛的加工應用無疑可作為一種選擇。在微量精密切削中為到達一定的加工精度，刀具本身的精度也是一個極為重要的因素。

針對性的降低熱影響

對Fischer Precise而言，降低主軸對Z軸的熱量影響已經是標準技術。應用的同步電機尤其降低了在負載下對軸心的升溫，而且還將使熱量對微量切削精度的影響降低到最小。此外，Fischer Precise還致力于對主軸軸殼冷卻的優化。其目標為盡可能使溫度分散均勻從而避免主軸軸殼由于溫度的不均勻擴散在微米范圍內的變形。所應用的冷卻裝置應具有極小的反應時間延遲，以消除熱量對軸向位置精度的影響。冷卻介質的溫度變化在± 2K時就可導致切削刀刃在幾微米內變化，這也將同樣影響到微量精密切削中工件的表面精度，因此應盡量減少冷卻介質的溫度變化。#p#分頁標題#e#

根據需要選擇適合的主軸

表

Fischer Precise具有廣泛的產品范圍，可根據不同的微量精密切削提供適合的主軸。同步電機驅動方案，不同的刀具夾持系統，緊湊的主軸結構及外型（以減少機床動態的運動慣量），智能的冷卻方案，先進的軸承系統均含在Fischer Precise的產品范圍中（如上表）。結合全面的主軸系統集成于機床的技術咨詢，Fischer Precise集團為微量精密切削的高精度，高效機床提供核心的解決方案。