了解数控主轴

数控机床，如车床, 米尔斯，和路由器, 由几个不同的部分组成。其中，主轴是影响机器性能的关键部件，确保零件的精确生产。因此，在决定要使用的主轴类型之前，了解其工作原理非常重要。

本文将解释什么是 CNC 主轴、它如何与机床一起工作、它的功能以及可用的各种主轴。

什么是 CNC 主轴及其工作原理？

数控主轴又称主轴传动，是机床回转轴中的中心轴，但也可以指整个回转装置及其轴承和附件。 它接收来自 CNC 控制器的输入以在其轴上旋转，使其成为一个关键部分 CNC加工中心.主轴类型决定切削速度和力，一台机床可能有多个主轴，其中最大的一个称为主轴。主轴有多种配置和选项可供选择，以满足不同的需求，例如车床、铣床、磨床、电动、低速和高速主轴。

主轴通常由电机、固定工具的轴和用于工具控制的锥度组成。当它绕轴旋转时，主轴根据来自计算机的命令切割、切片和细化材料。

CNC 主轴的组成部分

虽然主轴中有许多零件，但典型的组件包括一个旋转轴，由轴承系统支撑，并由内部或外部电机驱动。下面简要介绍各种组件和子系统。

主轴马达

每个主轴的驱动系统都是根据应用对速度、功率和刚度的要求来确定的，无论它是皮带驱动、齿轮驱动还是采用一体式电机设计。

较高时通常使用皮带和齿轮驱动主轴力矩需要并由外部电机和皮带轮系统提供动力，而整体电机设计用于更高的速度，并通过定子和转子位于主轴外壳内的系统产生扭矩和功率。

主轴外壳

主轴外壳可以采用多种设计，例如机器的集成部件、块式或法兰安装的墨盒。其主要目的是精确支撑轴上的轴承布置并减少加工过程中的振动水平。它为主轴提供了多个实用系统，例如用于润滑轴承的通道、用于内部压力的空气通道以及用于最大限度减少热量的冷却套。

轴

轴的主要功能是传递来自驱动系统的旋转力。它由一组轴承固定，便于其沿主轴中心线旋转。主轴通常是空心的，带有锥形端以容纳拉杆或工具保持机构。

轴承

主轴的使用寿命在很大程度上取决于所使用的轴承类型，应根据所需的速度、扭矩和负载来选择。角接触球轴承通常用于高速单元，而滚子轴承更适合更高的刚度和负载能力。润滑技术、精度水平和预紧量根据应用的具体需要和情况进行调整。整体配置也被认为是满足所需条件的要求。

密封件

通过使用密封件将切屑等污染物排除在轴承之外，可以防止由外部污染引起的主轴故障。两种主要的密封类型是接触式密封和非接触式密封。

接触式密封件很简单，在轴上有一个唇缘，但随着时间的推移，它们会因旋转力而磨损。
非接触式密封件由固定和旋转部件组成，形成迷宫以防止污染。由于表面与表面的零接触，它们还可以提供充分的污染物保护，同时保持较低的热量和磨损。在为主轴设计选择密封类型时，应用标准、主轴复杂性和外壳空间将决定使用哪种密封类型。

夹头或夹头

CNC 主轴中的夹头或夹头用于在加工操作期间将切削刀具牢固地固定到位。它是一种机械装置，能够以高强度和高精度夹持工具柄，从而实现精确和可重复的切割。

拉杆

工具的夹紧机构称为拉杆，它由一根带有一组弹簧的杆组成，这些弹簧施加所需的力来夹紧和释放工具。力来自通过液压或气动操作的后置驱动缸。在拉杆的前部，有一个夹具，可在工具承受负载时将其固定到位。

数控主轴的种类

CNC 主轴有多种形状和尺寸可供选择。本部分将根据不同的参数对它们进行分类，以便于识别。

基于主轴方向

立式主轴——在这种类型的主轴中，切割用具垂直放置，旋转轴垂直于工作台。立式主轴通常用于铣床和钻床。它们也常用于加工中心等工业应用，其中工件保持静止，而切削工具沿各个轴移动。
卧式主轴——在这种类型的主轴中，刀具水平放置，旋转轴平行于工作台。卧式主轴通常用于车床、镗床和磨床。它们也用于一些铣床和加工中心。卧式主轴以其实现高切削速度和精度的能力而闻名。

基于刀具夹持机构

1. 夹头主轴——这些主轴使用夹头将工具固定到位。夹头使用专用工具或扳手拧紧，这样可以牢固地夹住工具。夹头主轴通常用于铣床和铣床。

2. 液压卡盘——液压卡盘使用液压将工具夹紧到位。这些主轴精度高，是高速加工的理想选择。它们通常用于车削中心和磨床。

3. 热装刀架——这些主轴利用热量使一种特殊类型的夹头膨胀，从而紧紧夹住刀具。然后夹头在冷却时收缩，从而将工具固定到位。热缩配合刀柄精度高，刚性好。这些主轴通常用于加工中心。

4. Weldon 刀柄 – Weldon 刀柄有一个直柄，由一组固定到位拧紧.它们通常用于铣床，在快速去除材料方面表现出色。

5. HSK 刀柄 – HSK（空心柄锥）刀柄使用锥形界面将刀具固定到位，精度高且刚性好。 HSK 主轴通常用于高速加工，非常适合需要高精度的应用。

基于电力驱动

皮带驱动主轴 – 皮带驱动主轴用于将动力从电机传输到主轴。该系统相对简单且经济实惠，使其成为数控机床的热门选择。如果皮带随时间磨损或应用需要其他类型的皮带，则可以轻松更换皮带。然而，皮带驱动的主轴在它们可以提供的功率方面受到限制，这限制了它们处理更重的铣削和切削工作负载的能力。
直接驱动主轴——在直接驱动主轴中，电机直接连接到主轴，提供比皮带驱动主轴更大的功率和扭矩。这种设置可带来更好的准确性、定位和稳定性，使其成为精确度的流行选择数控加工操作。直驱式主轴维护成本低，经久耐用。
空气涡轮主轴——空气涡轮主轴使用压缩空气而不是电力来驱动其电机。这种类型的主轴以其高速度、精度和低振动而著称。它提供精确和一致的结果，尤其是在高速制造过程中，并且可以高效地执行小型切割机。然而，它们很昂贵并且可能需要大量维护，包括定期油润滑。
混合主轴——混合主轴结合了两种或多种类型的电机系统，通常是皮带驱动或直接驱动主轴和空气涡轮主轴。这种配置提供了所有主轴类型的优点，从而产生更高的速度、功率和扭矩，使其适用于各种应用。混合主轴设计还允许定制，允许 CNC 机器使用最适合用户需求的主轴系统组合。
齿轮驱动主轴 – 齿轮驱动主轴是一种使用齿轮将动力从电机传输到机器或工具的旋转部件的主轴。齿轮的排列方式是，当电机旋转输入齿轮时，它会驱动安装在主轴上的输出齿轮。主轴然后以与输出齿轮相同的速度旋转，这允许工具切割或塑造材料。齿轮驱动主轴提供高扭矩输出，这对于切割金属等硬质材料至关重要。然而，由于其设计的复杂性，它可能比其他类型的主轴需要更多的维护。

CNC主轴的功能

含主轴的机器是多功能工具，可用于金属加工，木工，并创建和制造具有不同形状的 CNC 零件。下表总结了主轴在 CNC 加工过程中执行的功能：

功能	描述	应用
铣削	可用于各种铣削任务，包括轮廓加工、挖槽、开槽和端面加工。它们提供高精度和可重复性，可以处理从金属到塑料再到复合材料的各种材料。	航空航天部件、汽车部件和医疗植入物。
钻孔	非常适合钻孔任务，因为它们提供高主轴速度和扭矩以快速准确地钻出各种直径和深度的孔。他们可以钻穿各种材料，从软木到硬金属。	电路板生产、金属制造等行业的精密钻孔。
路由	用于布线任务，例如切割复杂的形状和设计木头、塑料和复合材料。它们可以产生光滑的饰面和尖角，并且可以处理复杂的 3D 轻松塑形。	橱柜、家具制造和标牌制作。
研磨	研磨各种材料的表面、边缘和轮廓。它们提供高精度和可重复性，可同时用于粗糙和完成研磨操作。	工模具制造、模具制造和航空航天零件制造。
雕刻	在从金属到玻璃再到石头的各种材料上创建复杂的设计和文字。它们可以产生高精度和准确度高的高质量结果，并且可以处理浅雕刻和深雕刻。	珠宝制作、礼品和建筑标牌。

使用 CNC 主轴的好处

与传统加工技术相比，CNC 主轴具有一系列优势，包括：

准确性：CNC 主轴精度高，能够以极小的公差对材料进行切割和成型。
速度：高速机床主轴可以高速工作，从而缩短加工时间并提高生产效率。
一致性：CNC 主轴可以毫无变化地重复执行相同的任务，确保始终如一的质量输出。
多功能性：CNC 主轴可用于从塑料到金属的各种材料，并且可以在高温下执行各种切割和整形操作。
自动化：CNC 主轴可以完全自动化，减少操作员干预的需要并提高生产率。
具有成本效益：从长远来看，CNC 主轴可以通过减少浪费、最大限度地减少错误和提高生产效率来节省资金。
灵活性：CNC 主轴可以通过多种方式配置，包括多轴加工和换刀装置，从而在制造过程中提供更大的灵活性。

如何为制造选择合适的主轴

当您为 CNC 机床选择主轴时，有多种选择可供选择。要为您的加工项目产生准确的结果，您必须仔细考虑相关因素。在此，我们总结了主要注意事项，供您参考。

力量与速度

主轴的功率和速度将决定它切割材料的速度和准确度。

1500KW以下：更适合小型项目，尤其是木材、塑料等材料。
1500KW-3000KW：木材、塑料的切割雕刻，2200KW以上的主轴可以切割铝材。这些主轴主要用于独立的数控机床。
3000KW及以上：加工坚硬的金属和石材需要，低碳钢加工3000KW左右，不锈钢加工需要7000KW以上。

工件材料

仔细评估工件材料和加工要求以选择合适的主轴以在 CNC 机器中实现最佳性能至关重要。

兼容性：木材、塑料和软金属等材料需要功率较低的主轴，而较硬的金属则需要功率更大的主轴。
硬度：如果您使用的是金属等磨蚀性材料，请选择硬度高且耐磨的主轴。否则，硬度较低的主轴有助于避免损坏工件。
密度：高密度的材料需要具有更高功率输出的主轴才能有效地对其进行切割和整形。
厚度：如果材料较薄，则可能适合使用功率较低的主轴，而较厚的材料则需要功率输出较高的主轴才能达到有效的效果。

精确

主轴的精度是指它在切削时能多准确地保持刀具的位置。在处理更精细的材料或进行复杂的切割时，更高的精度至关重要。

冷却方式

CNC 主轴可以风冷或水冷。风冷主轴通常更便宜且设置更简单，但在长时间使用期间它们在散热方面可能不那么有效。另一方面，水冷主轴通常在散热方面更有效，但可能更昂贵并且需要专门的管道。

兼容性

主轴与您的机器的兼容性至关重要。与您打算购买的主轴相比，检查您的 CNC 机床的具体要求。

交流与直流电流

CNC 主轴设计为使用交流或直流电流运行。交流电流通常用于大功率应用，例如工业机器。直流电流更适合小型项目。

尺寸

要为您的数控机床选择合适的主轴尺寸，您必须考虑以下几个关键因素：

机器的马力：重型机器需要额定功率更高的主轴，而台式机等较轻的机器可以使用更小、更紧凑的主轴。
切割类型：如果您要切割木材、金属或塑料等重型材料，您将需要一个更大尺寸的主轴来处理这些材料。
项目规模：您的项目规模需要具有小容量或大容量的主轴来容纳。
夹头尺寸：选择与您机器的夹头尺寸相匹配的主轴尺寸，以确保其合适。

结论

主轴是数控机床中用于自动化和控制切割的关键部件，钻孔和路由进程。它使操作员能够更轻松、更快速地对工件进行复杂的设计和精加工。因此，了解主轴的重要性对于获得最佳结果和提高 CNC 加工过程的效率至关重要。

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