文献综述
1数控机床主轴的发展现状
机床是制造业的主要生产设备，数控机床是高精度高效率的自动生产设备。作为装备制造业的“工作母机”，“中国制造2025”将数控机床的战略地位提升到了一个新高度[1]。然而大量数据表明，国产高档数控机床在国内数控机床市场占有率只有5%。从中国机床产量峰值时的2010年数据来看，中国低档经济型机床占比60%，其中95%是国产数控系统；中档标准型机床占比38%，其中国产数控系统占20%；高档机床占比2%，其中国产高档数控系统仅占2%[2]。
主轴作为数控机床的执行件，直接关系到机床的整体性能。其主要功能是支撑和带动工件或刀具完成表面的成形运动，同时还用来支撑传动零件如齿轮、带轮，传递运动及扭矩[3]。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的地位，一直受到世界各国的重视，并得到了迅速的发展。主轴系统是车床构成中的一个重要组成部分，其功率消耗约占机床总功率的70%―80%，其性能直接影响到机床的加工效率、加工材料范围、加工质量等[4]。
国际上主轴产品的生产主要有德国、瑞士、意大利、日本、美国和韩国等国家，在高端应用领域，德国、瑞士、意大利、美国和日本牢牢掌握着市场，主要应用在高精度加工中心、数控铣、车铣复合中心、镗铣床、磨床、高端木工机械等领域[5]。以欧美日等国为例，一些国际上知名的主轴公司均已有30～70年的主轴生产历史，大部分主轴公司经历了市场的洗礼，并且在激烈的市场竞争中生存下来，其主轴生产链各个环节分工明确，配套紧密，在所有涉及主轴领域的关键环节上均掌握了核心技术，例如材料、刀具接口、伺服驱动系统、高精度轴承、高性能电机、高性能刀具、高性能数控机床、电机（电主轴）综合测试系统、高精度检测仪器及设备等[6]。从设计、制造、检测到实验测试等各个环节实现了全覆盖，实现了社会化大分工，建立了产、学、研、用相互结合、相互交融的创新模式[7]。积累了主轴领域绝大部分的专利和技术标准，形成了一大批在各自领域处于全球领先水平的知名产业[8]。国外企业在主轴产业的基础研究上处于领先地位，大量新技术、新材料、新工艺被研发用于适应主轴的不同场合和领域。他们掌握了大部分涉及主轴应用领域的国际专利，制定了相关的国际标准，在中高端市场上，其主轴产品随国外先进的机床产品进入各个市场，具有垄断地位。在设计开发、生产制造和市场开拓上，国外主轴企业立足于市场需求，在提高产品性能和可靠性上下足了功夫，持续取得满意的成果[9]。
国内主轴企业产品主要应用领域在中低档磨削、车削、PCB钻孔、雕刻铣、玻璃磨削、数控机床、特殊试验等领域。产业链不完整，与欧美日等先进国家相比，在材料、刀具接口、松拉刀系统、编码器系统、伺服驱动控制系统、CNC、高精度轴承、高性能电机、高性能刀具、高精密数控机床、高性能动平衡设备、电机（电主轴）综合测试系统、高精度检测仪器及设备等领域不具备竞争力，研发能力差，技术研发力量分散，产业不成规模[10]。在滚动轴承主轴制造领域，洛阳轴研科技的主要产品为磨削及其他数控机床和特殊行业用主轴；广州昊志主攻PCB钻孔、磨削及其他数控机床用主轴；江苏星辰产品为雕刻机、木工机械和数控机床用主轴；济宁博特、无锡博华及西安合升动力主要生产磨削及其他数控机床和雕刻机主轴[11、12]。其他厂家还有无锡开源、安阳斯普、无锡精展、无锡阳光等[13]。
国内主轴产业技术的发展还未能脱离模仿发展的路子。由于缺乏基础研究的支撑，在近年来见到的电主轴新产品，多为大扭矩、永磁电机、高速电主轴等，但很少有原创技术，处于中低档水品[14]。
国内滚动轴承主轴落后手国际先进水平的生要原因是，缺乏包括对主轴在内的数控机床功能部件系统性的、长远的科技发展规划；主轴领域的科技发展未得到相关部门的足够重视，对其科研支持力度不够；企业本身科技资金投入太少，加之人才严重流失，电主轴等关键功能部件的技术水平与国际相比一直处于落后状态[15]。其次是技术水平的落后导致产品设计理念陈旧，国内主机配套市场不接受，政策的引导作用不够，导致国产中高档数控机床不愿意配装国产主轴产品。面对国外技术和国内市场的夹击，造成在中高端应用领域几乎看不到国产主轴。技术不如人家，产品利润率低，造成了对于研发的投人越来越少，陷入恶性循环。此外国内主轴相关配套领域一直是短板状态主轴领域的研发缺乏原材料、高性能电机、编码器、拉刀机构、主轴驱动装置、精密加工设备和监控装置等重要的配套协作的密切配合，高品质、高性能的主轴产品从何谈[16]。
2数控机床主轴的发展趋势
2.1 主轴单元高速精密轴承技术
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