数控金切机床的高速主轴系统(4)
主轴与刀具的连接关系到加工质量，现在几乎所有的专业电主轴厂均可按用户要求提供各种标准和非标准的刀具接口，当然不同的刀具接口对应于不同的刀柄。传统的7:24实心刀柄，与主轴孔仅靠锥面定位，当主轴高速旋转时，主轴锥孔会因离心力的作用而“胀大”，但实心锥柄不能随之“胀大”，主轴孔便发生“张口”使刀具在其中摇摆，从而产生轴向定位误差并影响主轴系统的动平衡。故近10几年来另一种高速性能好的HSK刀柄迅速兴起，为愈来愈多的高速加工机床所采用，2001年已被列为国际标准ISO12164-1:2001。HSK刀柄是采用锥面和端面双定位的空心锥柄，其锥度为1:10且锥体比较短，在拉杆轴向拉力的作用下，刀柄的薄壁锥体会产生一定的弹性变形，使刀柄的短锥和端面与主轴的锥孔和端面紧密贴会。图5就是HSK刀柄与主轴的连接情况示意：图的上半部分为刀柄拉紧前的状态，刀柄端面与主轴端面之间存在空隙h；图的下半部分为拉紧后的状态，由于刀柄薄壁锥体的弹性变形消除了间隙h。在高速旋转时，因为刀柄的薄壁锥体也会随主轴锥孔的“胀大”而“胀大”，故中间不会产生间隙，两者的端面也不会分离，所以HSK刀柄在高速加工过程中与主轴有良好的连接刚度，自然刀具能一直保持高的定位精度，而且HSK刀柄较短、较轻，有利于提高加工中心的换刀速度。
HSK系列刀柄有A、B、C、D、E、F等类型，用得最多的是A型和E型。HSK—A型刀柄有键槽，适合切削负荷较大时采用；HSK—E型没有传动键，仅靠锥面之间的摩擦力来传递扭矩，适合切削负荷小时使用。
结语
尽管机床的切削速度还存在不小发展空间，但近三年世界高速加工机床主轴的最高转速，似乎已进入一个相对平稳的发展阶段。以高速加工中心为例，目前其主轴最高转速除个别产品外基本上是：小型20000~60000r/min、中型10000~30000r/min、大(重)8000~24000r/min。从EMO2003得到的信息，其加工中心展品的最高转数绝大多数为10000~30000r/min，最高的为60000r/min。
现在，高速切削机床的主轴系统主要采用电主轴单元，而电主轴的轴承又基本为滚动轴承，其dmh值一般都不超过250×104。从目前的研究开发情况来看，在不久的将来有可能达到300×104甚至更高一点，也就是说滚动轴承内径为Φ50~55mm的电主轴，其最高转速有望达到50000r/min左右。更高的速度需求则寄希望于磁浮轴承，磁浮轴承推广应用的关键是要降低成本，同时也要考虑发热和漏磁方面的问题。此外，与电主轴相关的课题，比如集成传感监控、小型高出力主轴电机、轻量化主轴等，都正在深入研讨中。
现时，国内生产电主轴的厂家很少，国产电主轴尚未能充分满足市场需求(在CIMT2003展会上，国产数控机床配装的电主轴只有23.8%是国内产品)。不过，在这一领域，中国也已具有一定的基础和能力，在当前国家明确支持国产数控机床功能部件发展的政策环境下，我们更应抓住机遇，加快国产高速电主轴的发展。
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