新型机床电主轴来袭：可换刀 可以将CNC机床转变为高速加工中心

NSK的iSpeed5系统是一种完全可换刀的电主轴，可以将CNC机床转变为高速加工中心。

从动主轴是机床的技术核心，它为旋转切削工具提供动力，从而改变了我们的产品和我们的世界。将一个轴附加到五轴运动中可以创建一台先进的CNC机床。将主轴连接到多关节机械臂上可创建一台精密钻孔机。将经过改进的机器连接到现有机器上，新的应用程序应运而生。在各种用途中，客户都希望主轴具有更高的耐用性，速度和智能功能，以进行熄灯操作。

创新地使用主轴的可能性仅受当今主轴越来越快，耐用和更智能的限制。

小型工具需求速度，准确性

伊利诺伊州霍夫曼庄园NSK美国公司高级产品经理Greg Nottoli认为，提高客户的需求始于提高速度和准确性。NSK的特色之一是为微型工具提供电动和气动主轴。微型工具是任何直径为1/8英寸（3.18毫米）或更小至0.001英寸（0.025毫米）的铣刀或钻头圆形工具。小直径的工具基本上是湿面条，非常容易折断。在转动钻头或铣刀时，工具的直径越小，有效旋转所需的旋转速度就越快。许多CNC机床仅以8,000至15,000 rpm的转速进行标准车刀精加工。根据Nottoli的说法，微型工具通常需要达到42,000 rpm。

“使用转速为8000 rpm的主轴的微型工具并不是最佳选择，因为您没有正确地排空芯片，没有获得正确的表面尺码，而只是破坏工具。这就是我们填补这个专业市场空白的地方。”他说。

根据Nottoli的说法，NSK可提供的主轴可以将任何机器与现有的刀架（例如CAT 40、50或BT）进行后装配。他说：“它使最终用户可以获得更高的速度，”他补充说：“这些是真正的主轴，而不是将现有主轴的速度转换成更高rpm的速度倍增器。他说，倍增器是“一个装有齿轮的盒子”。虽然它可以提供所需的速度和精度，并且标准工具的动力损耗最小，但它也会引入振动和热量。对于以亚微米为单位指定精度的微加工，这些是问题。”

“我们有用于车削中心和磨床或特制机器人的主轴，” Nottoli说：“如果是加工中心，我们的主轴将进入机床主轴[空间]并提供自己的旋转。” 加工中心提供轴定位，NSK主轴提供动力。

尽管气动和电动都有其应用，但诺托利还指出了电动的优势。“对于您来说，最好的选择就是用电。我们的电动机是闭环控制器中的无刷直流电。使用我们的控制器，一旦将速度调到千转，一旦切削工具啮合，它就将主轴保持在该速度。气动附件主轴不是这样，因为一旦它与零件啮合，转速通常就会下降。”他解释说：“我们可以尝试通过调节器来控制它。但是实际上并没有主动的反馈来控制它。”

来自NSK的最新电主轴iSpeed5拥有高达80,000 rpm的转速，最大输出功率为350W。这是一个完全可更换工具的系统，包括电主轴、限位块、气压开关和控制单元。当电源、冷却空气和控制信号与安装在机床主轴上的机电止动块接合时，就会向主轴提供动力，陶瓷轴承可实现这些高转速。

准确性，多功能性和控制性

伊利诺伊州Elk Grove的MC机械系统公司的全国产品经理和应用经理William Gillcrist同意，提高速度和功率对新主轴至关重要，同时也强调精度。

他说：“在高精度应用中，您必须确保刀具完全正确地旋转，因此轴承技术非常重要。” 他说：“采用高科技轴承使主轴跳动并最小化主轴的增长至关重要。这意味着当转速超过20,000时，陶瓷或空气轴承。同样重要的是更长的主轴寿命。主轴可能是机床上最昂贵的组件，将其像消耗品一样对待其底线。”

根据MC机械公司的说法，控制径向或轴向热膨胀的系统至关重要。

但是，并非所有新的主轴技术都能以较小的轴承和较长的使用寿命实现高速，低跳动和低振动。仍然需要以较低的转速提供高扭矩和高金属去除率的主轴。这给轴承和组件施加了很大的压力。理想情况下，单个主轴可以提供高扭矩、低转速和低扭矩、高转速。我们看到的是更好的主轴，具有更高的扭矩和速度，以较低的速度提供扭矩，但仍然能够达到远高于30,000的更高转速。大多数人都希望高扭矩与长寿命主轴中的最高速度相结合。 他还提供了一个实用的技巧-高扭矩会限制主轴寿命。

补偿的另一个重要因素是热引起的膨胀。控制径向跳动很重要，但是主轴沿轴向的生长也很重要。“我们在出售的机器上看到的主要内容之一就是能够控制或适应任何主轴的增长，” Gillcrist解释说：“如果我试图在模具上保持真正的紧Z深度，则主轴不会波动。 他的答案是收集数据并通过机器控制进行补偿。”

根据Gillcrist的说法，最适合调节纺锤体生长的两种最常用方法是算法方法，即根据实验室收集的曲线根据温度和时间从数学上推断纺锤体生长，以及直接间隙传感法。

“由于传感器的改进，直接方法变得越来越实用。我们在某些机器上具有实时间隙检测功能，可以实时调整[位置]，以了解是否有任何增长或变化，工具是否磨损或根本没有使用。如今，算法风格似乎并不那么理想。但是我们也有一家制造商在五轴环境中同时使用这两种产品，因此只要涉及到热/时间预测和实际间隙，他们就可以捕获所有信息。” Gillcrist说。

智能主轴，智能钻孔

数据变得如此重要的原因有很多，从闭环加工过程到将数据馈入智能工厂数据池。但是，为了使其有用，必须传输数据。

“连接性对主轴技术的发展至关重要。” PCI-SCEMM北美业务开发经理Max Paulet说：“该公司总部位于法国圣埃蒂安和俄亥俄州梅森，并与俄亥俄州洛林的Absolute Machine Tools合作。 我认为每个人都在通过收集非常接近切削刀具及其切削零件的数据来使机器更加智能，更加自主。”