（全套CAD）機床高速電主軸的結構設計（終稿）㊣精品文檔值得下載

示。

與傳統機床主軸相比，電主軸具有如下特點主軸由內裝式電機直接驅動，省去了電機與主軸之間的變速裝置，具有結構緊湊。

機械效率高震動小精度高和噪聲低等特點如果采用交流電機，利用交流變頻技術，可以實現轉速范圍內的無級變速，能夠針對不同的工況和負載狀況對轉速和扭矩進行實時調整利用與電機胚胎的閉環適量伺服控制技術，不但可以實現低速大轉矩高速大功率的功能，而且可以滿足精確定位停機和軸加工需求電主軸更容易實現高速化，具有較好的穩定性和動態性能，可以更好的滿足高速高效高精加工的要求由于省去了中間環節的外力作用，主軸運行更平穩，本身不存在對軸承的額外沖擊，使主軸軸承在良好工作環境下運轉，壽命得到延長主軸和轉子的直接結合，使主軸成為真正意義上的獨立功能部件，能夠更具不同的機床類型和型號配置相應的電主軸，使主軸標準化專業化單元化和規?；a逐漸成為現實。

國外電主軸技術的發展現狀與趨勢由于國外發達國家制造業底蘊豐富，綜合技術水平較高，且對高速電主軸技術研究較早，所以電主軸單元發展較快，技術水平也處于領先地位，并且隨著變頻技術及數字技術發展的日趨完善，逐漸形成了系列標準產品，在機床行業得到普遍應用。

目前國外主要工業發達國家均有裝備優良的電主軸專業生產廠家，可以批量的生產用于高速機床和加工中心的電主軸，其中著名的有瑞士的公司日本的公司德國的公司美國的公司瑞典的公司意大利的公司等。

總體上來看，國外的高速電主軸具有功率大轉速高采用高速高剛度軸承精密加工與精密裝配工藝水平高和臺套控制水平高等特點。

其發展趨勢主要表現在以下幾個方面繼續向速度更高剛度更大的方向發展向低速大轉矩高速大功率等方向發展電機類型與控制方式向多樣化方向發展進步向高精度高可靠性和高工作壽命方向發展軸承的類型向多樣化方向發展向智能化多功能方向發展向標準化方向發展。

國內電主軸技術的發展現狀中國機床行業近幾年取得了世界矚目的快速發展，其中數控機床發展最為迅速，在多軸高速精密復合以及自動化程度等方面都取得了明顯的進步，尤其在數控機床的品種和高速化發展上進展明顯。

國內電主軸技術領域洛陽軸承科技股份優先公司原機械部洛陽軸承研究所為代表，自從年由其為主研制的第臺電主軸以來，該公司已經成功自主研發成功路系列用于加工中心的電主軸。

除此之外，國內的電主軸企業還有無錫開源安陽萊泰等批公司。

雖然我國的電主軸技術已經取得較大的進展，但是不論機床，高速，主軸，結構設計，畢業設計，全套，圖紙電機結構示意表附錄系列電機性能參數表附錄系列陶瓷球滾子軸承參數表附錄系列陶瓷圓柱棍子軸承參數表內容摘要當前的制造業的機床正步步的向著高速高功率高效率等方向發展，個國家的制造業實力往往就體現在這些方面。

高速機床電主軸是高速機床的核心部件，有著非常廣闊的應用前景。

發展和應用高速機床電主軸技術，能極大的提高工廠的生產力加工精度和加工質量等等系列加工時的指標。

本畢業設計旨在根據實際需求，設計個滿足要求且不乏經濟性的高速機床電主軸的結構。

首先對高速機床電主軸的關鍵技術進行分析，其次對軸承散熱動平衡等關鍵部分進行初步設計，然后對電主軸進行結構設計，最后驗證設計，確保本畢業設計能夠滿足要求。

本研究設計的工作主要在以下幾個方面分析高速機床電主軸主要存在的問題以及有關高速機床電主軸的關鍵技術，對電主軸的軸承及其潤滑技術冷卻和散熱動平衡等方面進行研究，結合實際需求，對這些關鍵部位進行初步設計對電主軸進行整體設計，包括軸承的選型及其剛度計算電機的選型以及主軸的各項參數的計算，并驗算結果。

關鍵詞高速電主軸電主軸關鍵技術用于磨削小孔的高頻電主軸，當時的變頻器采用的是真空電子管，雖然轉速高，但傳遞的功率小轉矩也小。

隨著高速切削的發展的需要和功率電子器件微電子器件和計算機技術的發展，產生了全固態元件的變頻器和矢量控制驅動器，加上混合陶瓷軸承的出現，使得在世紀末期出現了大批用于高速切削的大功率大轉矩高轉速的高速機床電主軸。

作為國民經濟支柱產業的制造業，是衡量個國家科學技術發展水平的重要標志，高速切削技術是加工制造技術的次革命性突破，是未來竊謔加工技術的重點發展方向。

高速切削技術是指利用超硬材料的加工刀具和高轉速高精度和高自動化的制造裝備，以實現切除效率加工質量和加工精度大幅度提升的先進制造技術。

圖.薩洛蒙曲線高速切削起源于世紀年代，當時德國著名的切削物理學家卡爾?薩洛蒙博士提出了高速切削假設，闡述了著名的超高速切削理論，即薩洛蒙原理如圖.所示，在常規切削速度范圍內區，隨著切削速度的增大，切削溫度及刀具磨損程度呈線性增加，切削速度達到時，刀具會因為無法承受如此高的溫度和磨損而不能繼續使用，但是當切削速度增加到數值般常規切削速度的倍后，切削速度和刀具磨損速度反而隨著切削速度的增加而降低。

當速度達到以上時，切削溫度已經降到以下，又處于刀具允許的切削條件范圍之內，因而對于每種工件材料，存在個從的速度范圍區，在這個速度范圍內，由于切削溫度太高高于刀具材料允許的最高溫度，任何刀具都無法承受，切削加工不可能進行，而處于以上切削速度的加工，就是高速切削加工。

實踐證明隨著切削速度的提高，切屑形態從帶狀片狀到碎屑狀發展，所需單位切削力在初期呈上升趨勢，而后急劇下降子與軸之間的配合，不僅要能夠滿足靜態傳遞能力的要求，而且應考慮對電主軸的動態性能的影響。

電主軸的靜態過盈量可按下式計算電主軸的動態過盈量可按下式計算式中電機轉子材料密度，轉子角速度，主軸材料泊松比，.安全因子，取主軸的轉矩，由前可知.?配合表面的摩擦系數，此處取.主軸材料的彈性模量，查表后取.配合面的接觸長度，電機轉子的內孔半徑，電機轉子的內外徑比，.主軸的內外徑比，.整體過盈量，由上面的式子可以看出，動態分量的值與轉速的平方成正比，主要由離心力確定，因此在轉速較低時，動態分量相對來說很小，可以忽略不計，主軸的過盈量主要由靜態分量來確定，而在較高轉速時，主軸和轉子會因離心力的作用產生膨脹，過盈量會有較大變化，因此主要由動態部分確定。

靜態分量最小值.動態分量最小值.故而，圓整為微米。

，取主軸平均外徑，.，代入公式得.取主軸外圓平均直徑，前軸承處的直徑，后軸承處的直徑。

.內孔直徑查閱機床設計手冊，取.懸伸量懸伸量對整個系統的剛度影響非常大，在滿足刀具安裝軸端設計以及軸承選型的前提下，盡可能縮小懸伸量的大小，此處初選為。

.支撐跨距最佳支撐跨距可以實現主軸部件的最大靜剛度，因此，選擇合理的跨距是主軸組件設計中個相當重要的問題。

跨距的選擇對電主軸的影響是雙向的，如果較小，則軸承的變形會對主軸前端的位置產生較大的影響如果過大，則主軸會產生較大的變形。

在對軸進行設計時，支撐跨距應在合理跨距范圍之內，如果結構上不允許，則需對相關參數進行重新設計。

對電主軸而言，支承跨距跟軸承剛度有直接的短息，所以首先確定軸承的型號并進行剛度計算。

軸承的選型軸承的剛度對支撐跨距有較大的影響，因此首先選擇軸承的類型和型號。

根據第二章對軸承的探討，軸承都選用級混合陶瓷軸承，采用油氣潤滑的方式，前端為雙聯配置的的角接觸球軸承，后端為雙聯配置的圓柱滾子軸承。

結合本設計的實際情況，選擇日本公司的作為前端軸承，作為后端軸承，其最高速度在合適的潤滑及散熱條件下分別可達到和。

軸承的剛度計算在已知軸向預緊力的前提下，前軸承的徑向剛度可按下式求出式中軸承滾動體的數目接觸角滾動體直徑混合陶瓷控和智能反應，具有極高的可控性，可以實現工作性能的最優化。

磁懸浮支承電主軸的缺點是需要輔助支承額外的傳感器和控制系統，機械結構復雜發熱問題更突出，必須有很好的冷卻系統價格昂貴，通常是普通電主軸的兩倍。

所以目前磁懸浮電主軸的實際應用并不是很多，但它是種很有發展前途的電主軸，隨著相關技術的不斷發展，其成本的不斷降低和性能的不斷提高，會在實際生產中得到越來越廣泛的應用。

滾動軸承滾動軸承具有剛度高高速性能好結構簡單緊湊標準化程度高品種規格繁多便于維修更換等優點，因而在電主軸中得到最廣泛的應用。

但是隨著高速機床技術水平的發展，電主軸的速度和功率較以往有很大的提高，使用環境和條件與過去相比更加苛刻和復雜，普通的滾動軸承已逐漸不能適應使用要求。

滾珠離心力的大小與軸承轉速的平方成正比關系，滾珠陀螺力矩與軸承轉速和自轉速度成正比關系，軸承在高速運行時，滾珠產生的巨大陀螺力矩和離心力會加劇軸承的磨損和溫升，導致軸承使用壽命的降低。

要想減小陀螺力矩和離心力，通常有減少滾珠直徑如已經標準化的系列主軸軸承和選用輕質材料制造滾珠這兩種方法。

減少滾珠直徑會降低軸承的剛度，而且會使軸承結構變得復雜，而后者相對來說是更可取的，采用氮化硅陶瓷材料代替鋼制成滾動體，而其他部分仍采用鋼作為材料的滾動軸承，稱之為混合陶瓷軸承，簡稱陶瓷軸承。

工程陶瓷材料耐熱耐腐蝕和耐磨性能優異，而且重量輕，可以適應高速電主軸軸承的嚴酷工作環境。

與普通鋼制滾動軸承相比，混合陶瓷軸承有以下優點質量輕剛性好線性膨脹系數低硬度高耐高溫絕緣等。

與同精度等級同規格鋼質滾動軸承相對比，雖然陶瓷軸承價格約為后者的.倍，但可提高的速度，溫升降低，壽命是后者的倍，陶瓷滾動軸承的最高工作極限?值可高達.。

另外，由于陶瓷材料性能的特殊，陶瓷軸承可采用小直徑滾珠高密度排列的結構形式，在提高其動態載荷性能的同時還可以減小軸承寬度，節省材料。

由此可見混合陶瓷軸承性能卓越，性價比較高，綜合來看，具有較高的社會和經濟效益，所以其在高速電主軸方面應用日益廣泛，已逐漸取代傳統的鋼制軸承成為電主軸的主流配置，本設計的前后支承都采用混合陶瓷軸承。

軸承的布置與預緊軸承的布置形式應根據電主軸的使用工況來選擇，在本研究中，需滿足高速加工中心大轉速高剛度大功率高負載的要求。

為保證主軸的剛度，同時具有相應的高速特性，主軸的整體支承結構可采用端軸向固定端軸向游動的方式，其中主軸前端為固定端，后端為游動端，采用這種布置形式，可以較好的適應主軸向后熱伸長的需要，同時具有較高的剛度和較好的高速性能在產品的質量種類方面，還是在產品的性能標準化等方面與發達國家仍然存在不小的查均。

目前國產的高轉速高精度數控機床所應用的電主軸，仍然主要從國外進口。

與國外的先進產品相比，國內產品主要存在如下差距轉速較低輸出轉矩較低我國的陶瓷球軸承無論從產量和質量都不穩定，工作壽命短性能差，大多依賴進口國外普遍采用高效而環保的油氣潤滑，而我國大多仍使用油脂或油霧潤滑，國內對油脂的研制很落后，大多需要進口，而油霧潤滑污染嚴重，國外已不再使用精密裝配和精密加工工藝水平差距大在電主軸產品的標準化規格化等方面的專業程度不夠。

.小結本章簡要介紹了高速切學技術理論基礎應用和發展以及高速機床的關鍵技術詳細介紹了高速電主軸技術的發展歷程及應用現狀，國內外電主軸技術現狀及發展趨勢，國內外電主軸技術的差距，為下文關鍵技術的分析及設計打下基礎。

高速電主軸關鍵技術.主要技術指標根據湘潭大學畢業論文設計任務書機床高速電主軸的結構設計，所設計的機床高速電主軸主要的指標與要求如下電主軸額定功率電主軸最高轉速不低于電主軸形式內藏式錐孔，要求結構簡單成本低。

.電主軸的整體布局設計根據電動機與軸承相對位置的不同，電主軸的正題結構布局主要有兩種形式電動機安裝在前后軸承之間與傳統的通過齒輪皮帶帶動主軸進行轉動相比，這種布局形式能極大的提高整個主軸系統的剛度，進而提高了系統的固有頻率和臨界轉速，從而能在更高的運轉速度下保持穩定運轉，安全性也很高。

這種布局形式優點在于主軸單元的軸向尺寸較短，剛度較高，而由于電動機布置在系統的內部，散熱條件較差，還需要設計套高效穩定的冷卻系統電動機安裝在后軸承之后在這布局形式中，主軸和電動機沿軸向串聯安裝，軸向尺寸較大，從而使得剛度較小，但徑向尺寸小，非常輕便，適用于小型的數控機床。

同時由于電動機安裝在后軸承之后，散熱條件優良。

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