高速精密水润滑电主轴关键技术研究进展
                                                      蒋书运，张少文
                                        (东南大学机械工程学院，江苏 南京  211189)
      对高速精密水润滑电主轴关键技术进行综述。概述了水润滑电主轴的结构设计及冷却技术；详细评述了水润滑轴承的结构形式、节流技术、材料选择、静动态特性分析与测试技术以及轴向密封设计等轴承技术；最后介绍了水润滑电主轴国内外应用现状，并对该电主轴的技术发展趋势进行了展望。


      高速切削加工作为21世纪的一种先进制造技术，集高效、优质、低耗于一身，有着强大的生命力和广阔的应用前景，已应用于航空航天、汽车工业和模具制造等领域。研发高速加工机床能为高速切削加工提供重要的装备保障，而高速电主轴作为机床的核心部件，其性能直接决定了高速机床的精度和档次。电主轴将主轴电机与机床主轴“合二为一”，通过电气传动技术，如变频调速技术、矢量控制技术等，实现了机床的“零传动”［1］。电主轴结构紧凑、质量轻、惯性小、响应特性好，改善了主轴的动平衡，减少了振动和噪声，被视为机床主轴单元的理想结构，广泛应用于高速加工机床。
     目前，国内外在电主轴中使用的轴承主要有滚动轴承、磁悬浮轴承、空气轴承以及油润滑动静压轴承，它们各有其技术优势，同时各自也存在着难以克服的缺陷：滚动轴承标准化程度高、便于维修，但在高速、高刚度条件下，使用寿命短、精度难以长期保持、振动与噪声逐渐增大；空气轴承回转精度高、功耗低、无污染，然而承载力小、刚度低，设计不当易出现气锤振动；磁悬浮轴承结构复杂、成本高，推广应用困难；油润滑动静压轴承兼有动压和静压轴承的优点，如具有误差均化作用，回转精度高、抗振性能好，理论寿命为无限长，但其最大的缺点是高速运行时油膜的剪切作用，摩擦功耗大，温升高，轻则导致电主轴热稳定性变差，降低机床的加工精度，重则导致“抱轴”问题。
      鉴于此，有研究者［2-3］认为，油润滑动静压轴承不适合应用于高速加工主轴。如果采用纯水作为动静压轴承的润滑介质，由于其黏度低（仅为油的1/100～1/20）、比热大，高速时会大大降低摩擦功耗，从而可以有效提高主轴的热稳定性。近年来，水润滑电主轴的研究已成为高速加工机床行业的研究热点之一。〖HT6〗

1水润滑电主轴的结构设计
      高速电主轴主要包括高速轴承、高速电机及其控制模块、润滑冷却系统、主轴箱体、刀柄接口等。电主轴的结构形式直接影响轴承的受力情况和主轴的系统刚度，并与制造、装配精度要求密切相关。根据电机相对支承的位置，常见的动静压电主轴主要有两种结构形式：电机中置式（或电机内置式）和电机后置式［4］。电机中置式电主轴结构紧凑、系统刚性好，不足是散热条件差、密封要求高、装拆困难；电机后置式电主轴前端径向尺寸小、密封简单、安装维护方便，但轴向尺寸长、主轴惯性大，影响快速响应。止推轴承有单头止推型和两端止推型，前者只需要一个止推环，主轴轴向定位精度高；后者则多一个止推环，轴向定位精度受温度影响。止推轴承置于主轴前端时会增加前端悬臂的长度，降低主轴系统刚度与临界转速；止推轴承置于主轴后端时，由于温升的原因会增大主轴端部的热变形。近年来，国内开始出现水润滑高速电主轴结构的创新设计。刘强［5］（2007）设计了一种水润滑磨削电主轴结构，采用单个轴承支承、电机后置式结构，同时分析了静压轴承和电主轴的动态特性。赵万华等［6］（2009）设计了一〖CM(21*2〗种采用水润滑动静压轴承的高速电主轴装置，如图

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基金项目：〖HTSS〗国家自然科学基金资助项目（11472078）
作者简介：〖HTSS〗蒋书运(1966—)，男，安徽六安人,东南大学教授，主要研究方向为转子动力学、机械摩擦学。


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