[01006028]高速数控机床陶瓷电主轴单元

电主轴单元为数控机床的核心功能部件，其性能直接决定数控机床的整体技术水平。国产电主轴单元质量与国外先进国家电主轴产品相比存在很大差距。特别是电主轴向着高速、高刚度、大功率、大扭矩发展的今天，高速精密轴承技术、电主轴润滑与冷却技术、电机与驱动控制技术、精密加工与装配技术成为制约国产电主轴质量的技术瓶颈。利用高性能结构陶瓷作为数控机床高速主轴轴承及主轴材料，可以充分发挥陶瓷材料密度小、耐高温、耐磨损、高强度、高韧性等优良性能，极大地减少主轴部件高速旋转的离心力和惯性力，提高主轴单元的刚度和回转精度，以适应主轴单元高速化和精密化的要求。项目紧密结合国际研究前沿，数控机床行业需求以及中国电主轴单元技术的发展现状，围绕高速数控机床陶瓷电主轴单元的关键技术进行了创新性基础理论与应用研究，先后发明了“高精度热压氮化硅陶瓷球轴承及其制造方法”、“一种无内圈式热等静压氮化硅全陶瓷球轴承及其制造方法”、“一种热等静压氮化硅全陶瓷电主轴及其制造方法”和“一种基于PMAC的高速精密数控磨削加工装置”等专利技术。掌握了从陶瓷零部件设计、制备、精密加工与应用，到陶瓷电主轴的设计、优化、制造与应用等一系列核心技术，解决了数控机床陶瓷电主轴单元的高速大功率、高刚度、高精度、高可靠性、长寿命等关键问题。项目成功研制了高精度热压氮化硅陶瓷球轴承、高速精密无内圈式全陶瓷球轴承、高速大功率陶瓷球轴承电主轴单元和高速无内圈式全陶瓷电主轴单元系列产品。其中，高速大功率陶瓷球轴承电主轴单元最高转速达到30000r/min；功率达到20kW；电主轴单元的加工效率提高2-3倍，其无故障工作时间达到3000小时以上；其核心零件G5、G3级陶瓷球和P4级陶瓷球轴承已实现低成本批量化生产。在该基础上，首次将陶瓷材料应用于电主轴的转子轴芯和支承轴承，成功研制开发了无内圈式全陶瓷电主轴单元，其最高转速达到30000-50000r/min，最大功率达到15-25kW，回转精度≤±0.001mm。与国外电主轴单元先进技术相比，其速度、功率、刚度、精度、寿命等主要性能指标均已达到了国际先进水平。国内外查新检索表明，尚无有关无内圈式全陶瓷电主轴单元的公开报道。该项目研究的高速数控机床陶瓷电主轴单元，具有技术水平高、精度寿命长、运行稳定可靠和成本合理等优点，并从根本上解决了影响数控机床电主轴性能和质量的关键技术问题，大大提高了数控机床高速主轴系统的刚度、精度、使用寿命和可靠性。为实现国产高速陶瓷电主轴单元在数控机床上的规模化应用奠定了理论和技术基础。该项目相关技术已成功应用于沈阳机床(集团)有限责任公司、无锡机床股份有限公司、山东博特精工股份有限公司、洛阳轴研科技股份有限公司和沈阳紫微机电设备有限公司等单位，产生了巨大经济效益。发明成果为周内装备制造业提供了核心功能部件，从而替代同类进口产品，显著提升了中国装备制造业的市场竞争力。