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车铣复合加工机床A28电主轴结构设计【机械毕业设计含9张CAD图+说明书，外文翻译开题报告】

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复合 加工 机床 a28 主轴 结构设计 机械 毕业设计 cad 说明书 仿单 外文 翻译 开题 报告 讲演 呈文
资源描述：

!【包含文件如下】【机械设计类】CAD图纸+word设计说明书.doc[16000字，40页]【需要咨询购买全套设计请加QQ97666224】.bat

A0电主轴装配图.dwg

A2合镗图.dwg

下底板.dwg

主轴.dwg

主轴平衡图.dwg

主轴箱.dwg

垫块.dwg

法兰盘.dwg

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车铣复合加工机床A28电主轴结构设计-英文翻译

轴套.dwg


摘要：

本课题研究的内容是针对车铣复合加工机床A28电主轴结构的设计。车铣复合加工集传统铣削与车削加工技术于一身，可显著提高机械加工效率、降低生产加工成本。所以车铣复合加工机床电主轴可以实现主轴的C轴功能，机床在加工时直接带动零件作旋转运动并与机床的X轴或与机床的Z轴联动，提高机床的生产率。本文采用文献分析法、比较法的方法，进行车铣复合加工机床A28电主轴系统结构的设计。车铣复合加工机床电主轴取消了齿轮与带传动，消除机械传动，采用内藏式电机传动的方式。设计过程中采用角接触轴承，实现电主轴的高速、高精度性能。采用油气润滑的方式，使得电主轴成本变低，并且润滑效好。采用油水的冷却系统，使电主轴更加简便，冷却效果更好。本设计提高了机床的加工精度，实现机床的高速性能，可以实现车铣复合加工。



关键词：电主轴 车铣复合加工 高精度   





毕业设计说明书 英文摘要


Title Milling machine tools A28 motorized spindle design


Abstract

The contents of this research is milling machine tools A28 motorized spindle structure designed for. In one, can significantly improve the collection of traditional milling machining technology for milling and turning machining efficiency, reduce production and processing costs. So milling machine tool spindle can achieve electrical spindle C-axis function, direct drive machine in the processing of parts and rotary motion of the machine or the X-axis and Z-axis machine tools, machine tools to improve productivity. In this paper, literature analysis, comparison of methods, milling machine tools A28 motorized spindle system architecture design. Milling spindle electricity use built-in motors and belt drive gear canceled, but the use of built-in motors, direct drive spindle rotational movement. The design process uses angular contact bearings, electrical spindle speed, high precision performance. Using oil-air lubrication manner that electric spindle low cost, and good lubricating effect. Using water cooling system, the electric spindle easier, better cooling effect. This design improves machining accuracy, high-speed performance of the machine, milling machining can be realized.



Keywords    Electric spindle;Milling machining; High Precision







目   录


前  言 1

第一章   绪  论 2

1.1 课题的研究背景和意义 2

1.2 车铣复合电主轴的概述 3

1.3 国内外研究现状和发展趋势 4

1.4 课题研究主要内容 6

第二章   电主轴系统方案设计 7

2.1 车铣复合加工中心主传动系统的要求....................................... 7

2.1.1主传动系统的功能要求 7

2.1.2主传动的动平衡要求 7

2.2 主轴部件的组成及要求....................................................................... 8

2.3 主传动系统的主要参数.................................... 9

2.3.1主传动功率 9

2.3.2主轴内径的确定 9

2.3.3主轴强度的计算 10

2.4 电主轴检测系统方案设计与确定........................................ 12

2.4.1车铣复合加工中心对电主轴系统旋转精度的要求 12

2.4.2 主轴准停装置的选择.................................... 14

2.4.3电主轴水温控制系统的确定 14

第三章 电主轴组件设计和选用 16

3.1 电主轴受力分析及主轴最佳支承计算 16

3.2 确定主轴切削扭矩 17

3.3 主轴的材料以及结构尺寸的设计 18

3.4 主轴前后轴承寿命计算..................................... 18

3.5 主轴轴承的选用和配置方式 21

3.6 主轴轴承间隙的调整和预紧 23

第4章 润滑、密封和冷却 25

4.1 主轴轴承的润滑 25


4.2 电机的冷却 26

4.3 主轴的密封 26

第五章  技术经济分析 28

5.1 技术经济分析的目的与意义 28

5.2 成本材料分析 28

5.2.1 非标准件 28

5.2.3 标准件 29

5.3  课题技术经济成本计算依据 30

5.3.1 成本计算依据 30

5.4 课题技术经济成本计算 31

第六章 结  论 33

致    谢 34

参 考 文 献 35

附录A 主轴箱装配图及各零件图 36


内容简介：
ey of is to of as of by of at in is to a of by of by by to of of of of be to in he of by of of of of by on as of an of to of to . of , , . of . of EA of . of of on of a ,8. EM of of . of of in 0151662741, 352015 No of of be or in or by (2/16,05:42:01)n is on 1 is on 2 is on 3 by to is 4 by EM is by 241231 2 3 2 4 b c he n to is on as In a is by 2 0K = (1) of at by of of on of by a to of of of in on of is of of by l 1 0 1 c cu = (2) ul is of uB is of on of uN uC qN of of is by of 2 4EM he of 2 a b he 36 of of of is on In as a of In 1, on 2 3 by is in In to of be by is in he by EM by at on of is to as of As of of to is to a L q K q K q F+ + + = (3) is is K q is F is n=10/9 n=3/2. 3) is by a If of be in 0. in )3 2e= = (4) ) ( ) c t i i ie f f f= , M = q.(3). is of K , 0 0 ,5 0 0 of , To 00Hz 000Hz of a of b 00of he 2 3 of q.(4) he z ) 3 4 6- - - by to by at 2 is at 3 to of be to of of of of at 2 is as 0/9. at 3 is as he by is by It be to in he EM of by by It is be of to he by 1 N N C F . F 2007, 26(6):252 A M of . 1981.(51): 833 W R N of a . ): 2804 K W C H On of . of : ): 1475 . 2007, 26(11):1507741 4396 of . 19(1):247 o, of on of a . 2011, 30(10):468 o. . F 2012, 48(15):839 i, i, of of . 0(3):12810 A 012 282012. 11 of NC 006. 440 20151662741, 352015 of is of as of by of in is to a of by by by to of of of of be to in of by of of of of by on as of an of to of of , , . of . of EA of . of on of a ,8. EM of of of in No of of be or in or by (2/16,05:42:01)436 is on 1 is on 2 is on 3by to is 4 by EM is by 4 3213 2 3b he to is on as In a is by 2 M = 0 (1) K M of at by of of of by a to of of of in on is of of by N C qN = (2)u B 0 1c ul is of uB is of on of uN uC qN of by EM he of a b he 741 437of of of on In as a of 1, on 2 3 by is in In to by is in by EM by at on of is to as of As of of to is to a K K Nq n = F (3)M is C is KN q is n is n =10/9 n =3/3) is by a If of be in 0. in ) (4)= i=1 = f f , f M 3). is of L , 104 K L 104, 105 K N of , 00Hz 000Hz of of b 00of 2 3 of q.(4) he z )3 46- - to by at 2 is at 3 to of be to of of of of at 2 is as 0/9. at 3 is as by by It be to in EM of by by It is be of to by F . F 2007, 26(6):A M of . 1981.(51): 83W R N of a . ): 280K W C H On of . of : ): 147. 2007, 26(11):6 of . 19(1):o, of on of a . 2011,30(10):o. . 2012, 48(15):i, i, of . 0(3):A 012 28of 南京工程学院 毕业设计 (论文 )外文资料翻译 原 文 题 目： 原 文 来 源： 1662741, 35学 生 姓 名： 柯珂 学 号： 231120418 所在院 (系 )部 : 工业中心 专 业 名 称： 机械设计制造及其自动化 铣床主轴系统 的 振动响应分析 关键词： 刚度 ;频率响应分析 ;主轴系统 ;铣床 摘要： 滚动轴承的动态特性和动力学参数对诸如旋翼系统，齿轮系统和主轴系统非常重要的影 响 。旋转电机的频率受 不同位置 滚动轴承动力学参数的影响。研究滚动轴承等效动力学参数主轴系统和多体模型是在工作中的目的一种新的方法。柔性主轴体由固定接口组件模式的方法构成。 通过等效弹簧和阻尼元件建立了滚动轴承主轴系统的四种不同的模型 。主轴体和主轴系统的实验已经在进行。实验模态频率已经被冲击振动试验和扫频振动试验了。主轴系统的频率和振动响应已经通过调节等效弹簧和阻尼元件最小化计算和试验频率之间的误差计算。结果显示线性相等和不相等的弹簧和阻尼模型的频率的误差大是除了第一频率。然而，非线性不平等的弹簧和阻尼模型的误差较小。非线性不等的弹 簧和阻尼模型的预测频率是最准确的，并与实验结果吻合。该方法可用于精确计算非线性等效刚度参数的多体系统滚动轴承 。 本文呈现的工作目的是为了探寻一种建立滚动轴承等效动力参数主轴系统的多体模型的新方法。 一、 介绍 : 旋转的力学性能一直受滚动轴承的动态特性的影响。滚动轴承的关节面的动态特性和时间变化是非线性的。滚动轴承的动态和主轴系统的动力学参数已被许多研究者研究。单滚动轴承被认为有更多的因素去研究，如润滑，保持架，波纹度，粗糙度。多体系统与滚动轴承的动态一直是近期一个重要的研究领域。滚动轴承的动力学参数通常等同于主轴系统的动力学分析线性弹簧和阻尼元素。模态试验和参数识别的方法一般适用于计算等效刚度和阻尼参数 1。主轴系统的线性等效刚度参数和动力学模型构建和由 2， 3， 4 .造和动力学分析 5。主轴工具保持器的界面刚度建模方法 和 主轴系统的有限元分析已经由 6进行。高速主轴系统动力学的有限元建模与主轴座工具接头和主轴系统的动态特性接口效应已经被 论 7,8。主轴系统的三层结构有限元模型掘进机已建成并使用参数辨识方法，通过 性刚度和阻尼参数已经确定 9。用不同的线性和非线性关节参数主轴系统的等效动力学模型的方法进行了讨论，并在工作中出现验证 。 二、 主轴系统模型 活的主轴模式 图一，切刀固定在 置，双列滚子轴承及固定在 效位置，两个角球轴承固定在由面对面 等效位置，从动齿轮被组装由多个花键 当于位置。主轴的有限元模型由模态综合方法构建 。 A 三维模型 B 二维投影 C 弹簧减震器模型 图 1 主轴组件的模型 在本次调查中，使用固定接口组件的方法灵活的主轴建模。这种方法是基于瑞利 - 里兹法由克雷格和班普顿开发。在该方法的复杂结构被划分成其边被细分为正常和约束模式的组件。正常模式由求解本征值问题获得。 (1) 其中 K 和 M 是刚度和质量矩阵。结构的边界分别固定在通过接口点表示的轴承位置。感兴趣的正常模式的数量取决于所感兴趣的应用和频带。约束模式是通过将单位位移到每个边界节点同时限制其他边界节点的自由度得到静态变形的形状。约束模式在柔性体数目取决于接口点数目。每个接口点与约束模式相关，约束模式各成分的自由度通过使用模态置换升减少。 (2) 其中， 在组件内部节点（内部节点）的位移， 节点组分（边界节点）的边界，是自然模式， 约束模式，和 的广义坐标上的位移自然的模式。整个模型的行为通过组装各成分的反应进行分析。 主轴的图 2 中的有限元 表 1 计算的和实验结果的相对误差 A 一个第一弯频率， B 中的第二个弯道频率， 2 主轴的频率 计算和实验频率的相对误差如表 1 所示。在第一和第二频率的振动模式示于图 2。相对计算误差和试验频率之间 的误差 小。 效动态轴承型号 造型与弹簧阻尼元方法轴承动态的一个关键方面是获得总力和作用于整个滚动轴承的时刻。在目前的模型中，线性和非线性弹簧阻尼元件被认为分别作为分析的一部分。在参考文献 11，在位置 线性和等效刚度一直由模态试验和参数识别方法进行计算。弹簧阻尼元件模型显示在图 1c。为了得到的滚动轴承的相对准确的支撑刚度参数，计算出的和实验的频率之间的相对误差应该通过调整线性和等效弹簧阻尼参数最小值。但是，这种方法只能实现了第一弯曲频率，误差在参考其他频率时过大。 态主轴系统模型 该轴是由有限元建模和各滚动轴承由弹簧阻尼元件建模。其中，该轴承支持在主轴接口点在点建立。这些接口点重合在重力的轴承内圈中心。因此，动态响应从一个模型传递到其他模型。图 1 描绘了这些接口点相互作用，如双头箭头指示动态响应的交换，从两侧即，滚动轴承和主轴发生。如前面提到的，滚动轴承具有单件外圈。因此，两个弹簧减震器装置的外座圈代表每个轴承被刚性连接到轴承座。最后，轴承座通过一个固定的约束连接于主轴箱。 （ 3） 其中， M 是总质量矩阵， C 是总潮湿矩阵， 线性和非线性刚度矩阵， F 是广义的负荷， n 是非线性的因素，当滚子轴承线性接触， N= 10/9 和滚珠轴承点接触， N =3/2 公式（ 3）通过线性化方法与 约束多体系统解决。如果滚动轴承的刚性已经给出，主轴系统的频率将被计算。主要细节在参考文献 10中讨论。四种型号的灵活主轴，刚性主轴箱，刚性轴承座和不同的弹簧阻尼器在本文中讨论。这四个订单 /频率计算实验 相对误差 1 2 模型是线性的，平等的弹簧阻尼器模型（ 线性和不平等的弹簧阻尼器模型（ 非线性和平等弹簧阻尼器模型（ 非线性和不平等的弹簧阻尼器模型（ 。 (4) 三、结果与讨论 实验和分析结果佐证。主轴和主轴系统由弹簧减震器主轴模型所预测的频率与来自主轴系统试验台获得的结果证实了显示在图 4 和图 5。 a 主轴的脉冲激励 b 实验频率由脉冲激励主轴的频率 他主轴组件的正弦扫频振动试验已被应用到测试频率响应和查询的等效动力学。主轴组件包括主轴，主轴箱，滚动轴承及轴承座。为了得到精确的频率响应，所述扫描频率范围为 100 3000扫描频率增量被选择为 。主轴部件的第一三个数量的频率分别为 a 振动试验的照片 b 100兹的频率响应结果 图 5 主轴系统的正弦扫频振动试验 在主轴部件的 位置的等效刚度参数已经由公式计算。（ 4）和在 算和实验结果和相对误差在表 2 显示 。 模型 位置 频率 / 对误差（） 3 1 2 3 1 2 3 1 6验 / / / / 主轴系统的频率和振动响应已通过调整等效弹簧和阻尼元件，以最大限度地减少错误和实验频率计算。然后用所提出的方法计算了等效刚度参数。 一般来说，在主轴头 径向刚度大于后端 现铣削质量。在标签 2 中，除了一阶频率， 频率误差很大。 第一频率是否准确影响高阶频率。 果是最准确的。 图 5 是 正弦扫频振动试验振动试验 ， B 的频率响应效果的照片根据赫兹接触理论 得来 ，接触动力学和滚动轴承振动是非线性的。因此，在主轴头 子轴承的径向刚度的载荷 - 变形因数被表现为线接触因子 10/9。在后 接触球轴承的负荷 - 变形因数被表现为点接触因子 3/2。 A B C 6。由 轴组件的频率 由 承主轴组件的频率被显示在图 6。一阶频率为主轴，框和 二和第三阶频率 们联接轴的挠曲变形振动和 常是强大的非线性模型，并得到非线性非等价弹簧和阻尼元素。的 主轴的动态模型已经由计算结果验证。它可以应用到精确计算等效刚度参数为在多体系统滚动轴承。 四、 结论 主轴的身体和主轴组件的模型已经构建有限元具有同等弹簧阻尼元素。振动响应的模拟正在 进行 中 。计算出的频率与由脉冲激励和正弦扫频振动试验的实验结果进行比较。因此，等效刚度参数通过最小化所计算的和实验的频率之间的误差进行计算。 现在， 从 型获得的结果和测试结果之间具有良好的协议也将是所提出的方法的有效性的合理的证据。所提出的方法和模型 都 是通用的，可用来研究频率 、 振动响应和主轴系统的动态特性。 五、致谢 作者在此感谢通过项目 科研基金由中国政府提供的资金用于科学技术 - 明理工大学引进人才。 参考文献 1 F . F 2007, 26(6):252 A M of . 1981.(51): 833 W R N of a . ): 2804 K W C H On of . of : ): 1475 . 2007, 26(11):15076 of . 19(1):247 o, of on of a . 2011, 30(10):468 o. . F 2012, 48(15):839 i, i, of of . 0(3):12810 A 012 282012. 11 of NC 006. 南京工程学院毕业设计(论文)外文资料翻译原 文 题 目： 来 源：1662741, 35 姓 名： 柯珂 学 号： 231120418所在院(系)部 : 工业中心专 业 名 称： 机械设计制造及其自动化铣床主轴系统的振动响应分析度;频率响应分析;主轴系统;铣床摘要：滚动轴承的动态特性和动力学参数对诸如旋翼系统，齿轮系统和主轴系统非常重要的影响。旋转电机的频率受不同位置滚动轴承动力学参数的影响。研究滚动轴承等效动力学参数主轴系统和多体模型是在工作中的目的一种新的方法。柔性主轴体由固定接口组件模式的方法构成。通过等效弹簧和阻尼元件建立了滚动轴承主轴系统的四种不同的模型。主轴体和主轴系统的实验已经在进行。实验模态频率已经被冲击振动试验和扫频振动试验了。主轴系统的频率和振动响应已经通过调节等效弹簧和阻尼元件最小化计算和试验频率之间的误差计算。结果显示线性相等和不相等的弹簧和阻尼模型的频率的误差大是除了第一频率。然而，非线性不平等的弹簧和阻尼模型的误差较小。非线性不等的弹簧和阻尼模型的预测频率是最准确的，并与实验结果吻合。该方法可用于精确计算非线性等效刚度参数的多体系统滚动轴承。本文呈现的工作目的是为了探寻一种建立滚动轴承等效动力参数主轴系统的多体模型的新方法。一、介绍:旋转的力学性能一直受滚动轴承的动态特性的影响。滚动轴承的关节面的动态特性和时间变化是非线性的。滚动轴承的动态和主轴系统的动力学参数已被许多研究者研究。单滚动轴承被认为有更多的因素去研究，如润滑，保持架，波纹度，粗糙度。多体系统与滚动轴承的动态一直是近期一个重要的研究领域。滚动轴承的动力学参数通常等同于主轴系统的动力学分析线性弹簧和阻尼元素。模态试验和参数识别的方法一般适用于计算等效刚度和阻尼参数1。主轴系统的线性等效刚度参数和动力学模型构建和由 2，3， 4 .。进行。,8。主轴系统的三层结构有限元模型掘进机已建成并使用参数辨识方法，。用不同的线性和非线性关节参数主轴系统的等效动力学模型的方法进行了讨论，并在工作中出现验证。二、活的主轴模式图一，切刀固定在列滚子轴承及固定在个角球轴承固定在由面对面动齿轮被组装由多个花键轴的有限元模型由模态综合方法构建。二维投影 C 弹簧减震器模型图1主轴组件的模型在本次调查中，使用固定接口组件的方法灵活的主轴建模。这种方法是基于瑞利 - 里兹法由克雷格和班普顿开发。在该方法的复杂结构被划分成其边被细分为正常和约束模式的组件。正常模式由求解本征值问题获得。 (1)其中构的边界分别固定在通过接口点表示的轴承位置。感兴趣的正常模式的数量取决于所感兴趣的应用和频带。约束模式是通过将单位位移到每个边界节点同时限制其他边界节点的自由度得到静态变形的形状。约束模式在柔性体数目取决于接口点数目。每个接口点与约束模式相关，约束模式各成分的自由度通过使用模态置换升减少。 (2)其中，部节点）的位移，界节点）的边界，是自然模式，个模型的行为通过组装各成分的反应进行分析。主轴的图 2 中的有限元表1计算的和实验结果的相对误差1 =中的第二个弯道频率，第一和第二频率的振动模式示于图2。相对计算误差和试验频率之间的误差小。效动态轴承型号造型与弹簧阻尼元方法轴承动态的一个关键方面是获得总力和作用于整个滚动轴承的时刻。在目前的模型中，线性和非线性弹簧阻尼元件被认为分别作为分析的一部分。在参考文献11，在位置簧阻尼元件模型显示在图1c。为了得到的滚动轴承的相对准确的支撑刚度参数，计算出的和实验的频率之间的相对误差应该通过调整线性和等效弹簧阻尼参数最小值。但是，这种方法只能实现了第一弯曲频率，误差在参考其他频率时过大。态主轴系统模型该轴是由有限元建模和各滚动轴承由弹簧阻尼元件建模。其中，该轴承支持在主轴接口点在点建立。这些接口点重合在重力的轴承内圈中心。因此，动态响应从一个模型传递到其他模型。图1描绘了这些接口点相互作用，如双头箭头指示动态响应的交换，从两侧即，滚动轴承和主轴发生。如前面提到的，滚动轴承具有单件外圈。因此，两个弹簧减震器装置的外座圈代表每个轴承被刚性连接到轴承座。最后，轴承座通过一个固定的约束连接于主轴箱。（3）其中，是总潮湿矩阵，是广义坐标向量，滚子轴承线性接触，N= 10/9和滚珠轴承点接触，N =3/2 公式（3）通过线性化方法与果滚动轴承的刚性已经给出，主轴系统的频率将被计算。主要细节在参考文献10中讨论。四种型号的灵活主轴，刚性主轴箱，刚性轴承座和不同的弹簧阻尼器在本文中讨论。这四个订单/频率计算实验 相对误差1 型是线性的，平等的弹簧阻尼器模型（线性和不平等的弹簧阻尼器模型（非线性和平等弹簧阻尼器模型（非线性和不平等的弹簧阻尼器模型（。 (4)三、结果与讨论实验和分析结果佐证。主轴和主轴系统由弹簧减震器主轴模型所预测的频率与来自主轴系统试验台获得的结果证实了显示在图 4 和图 5。b 实验频率由脉冲激励主轴的频率他主轴组件的正弦扫频振动试验已被应用到测试频率响应和查询的等效动力学。主轴组件包括主轴，主轴箱，滚动轴承及轴承座。为了得到精确的频率响应，轴部件的第一三个数量的频率分别为2 =3 =a 振动试验的照片 b 100轴系统的正弦扫频振动试验在主轴部件的4）和在算和实验结果和相对误差在表2显示。模型 位置 频率/ 对误差（）3 1 2 3 1 2 31 / / /主轴系统的频率和振动响应已通过调整等效弹簧和阻尼元件，以最大限度地减少错误和实验频率计算。然后用所提出的方法计算了等效刚度参数。一般来说，在主轴头标签2中，除了一阶频率，5是正弦扫频振动试验振动试验，触动力学和滚动轴承振动是非线性的。因此，在主轴头变形因数被表现为线接触因子10/9。在后 变形因数被表现为点接触因子3/2。A 阶频率为主轴，框和们联接轴的挠曲变形振动和得到非线性非等价弹簧和阻尼元素。的可以应用到精确计算等效刚度参数为在多体系统滚动轴承。四、结论主轴的身体和主轴组件的模型已经构建有限元具有同等弹簧阻尼元素。振动响应的模拟正在进行中。计算出的频率与由脉冲激励和正弦扫频振动试验的实验结果进行比较。因此，等效刚度参数通过最小化所计算的和实验的频率之间的误差进行计算。现在，从提出的方法和模型都是通用的，可用来研究频率、振动响应和主轴系统的动态特性。五、致谢作者在此感谢通过项目 考文献1 N N F . F 2007, 26(6):25 A M of . 1981.(51): 83 W R N of a . ): 280 K W C H On of . of :): 147 . 2007, 26(11):15076 of . 9(1):247 o, of on of . 2011, 30(10):468 o. . F 2012, 48(15):839 i, i, of . 0(3):12810 A 012 282012.11 of 006. 南京工程学院 工 业 中 心 本科毕业设计（论文）开题报告 题目： 车铣复合机床 主轴系统结构设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： D 机加工 122 学 号： 231120418 学生姓名： 柯珂 指导教师： 刘桂芝 2016 年 3 月 11 日 本科毕业设计 (论文 )开题报告 学生姓名 柯珂 学 号 231120418 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师姓 名 刘桂芝 职 称 研究员级高级 工程师 所在院系 工 业 中心 课题来源 D、自拟课题 课题性质 A、工程设计 课题名称 车铣复合加工机床 主轴系统结构设计 毕业设计的 内容和意义 采用文献分析法、比较法 的方法 ，进 行车铣复合加工机床 主轴系统结构 的设计 ，主要是主轴箱零件，包括主轴箱主轴，轴承 隔套 ,锁紧螺母 , 迷宫法兰，齿形皮带轮，皮带轮、联结法兰等 。 毕业设计的具体内容： 1、进行机械制图绘制，绘制主轴箱装配图，主轴、轴承、螺母等零件图，和绘制主轴动平衡图 ,输出功率和扭矩图。 2、设计计算主轴切削扭矩，进行主轴的受力分析，计算主轴的刚度，计算轴承的寿命，分析轴承的刚度，磨损，润滑等。 3、 分析技术经济 和个零件的成本。 4、 翻译有关外文资料 并 撰写毕业设计说明书 。 本课题研究的意义： 本课题 对车铣复合加工机床 主轴结构 进行了设计， 车铣复合机床常应用于航空航天、汽车和模具等制造业中 ， 其意义如下： 1、 车铣复合高速电主轴使用内装式电机 ,取消了诸如齿轮、皮带等中间传动环节 ,实现了机床的“零传动”。铣车复合加工集传统铣削与车削加工技术于一身，可显著提高机械加工效率、降低生产加工 成本。 实现主轴的 C 轴功能，机床在加工时直接带动零件作旋转运动并与机床的 X 轴或与机床的 Z 轴联动， 提高机床的生产率。 2、了解到我国现在电主轴的技术实力较弱，创新能力严重不足，电主轴的关键可信部件不过关，与国外相比，我们还有很大的差距。了解到现代车铣复合电主轴向高速度。高精度、高生产率方向发展。通过对 合电主轴系统的设计，为以后更好的研究电主轴的高速、高精度化提供必要的理论依据。 3、针对这次设计，经常翻阅文献，对比各种书籍，认真分析，积极与同学讨论，向老师询问问题，增强了自己学习能力。在设计过程中，运用 了许多的书本知识，并发现这些知识都是在课堂上学习的，也对自己大学四年的学习进行了一个总的概述。 文献综述 一 、引言 随着数控应用技术、计算机技术以及机床研发技术的不断发展，复合机床技术应然 而生 1。复合加工指的是在某一设备上能够实现的多工序加工技术的总称，即当工件装夹完成后能通过控制系统完成车削、铣削、钻削、镗削等加工，因此复合加工拥有它非常优越的特点 2。高档数控机床正向高速度、高精度、高刚度、高效率、 复合化方向发展，具有诸多优点的铣车加工中心是现代数控机床发展方向之一。 二、国内外研究现状 早在 20 世纪 50 年代，就已出现了用于磨削小孔的高速电主轴，当时的变频器采用的是真空电子管，虽然转速高，但传递的功率小，转矩也小。随着高速切削发展的需和功率电子器件、徽电子器件和计算机技术的发展，产生了全固态元件的变频器和矢量控制驱动器；加上混合陶瓷球轴承的出现，使得在 20 世纪 90 年代初出现了用于铣削、钻削、加工中心及车削等加工的大功率、大转矩、高转速的电主轴 3。 在国外，高速电主轴已成为一种机 电一体化的高科技产品，由一些技术水平很高的专业工厂生产。国际上著名的电主轴生产厂家主要有：瑞士的 司， 司和 司，德国的 司和 司，美国的 司，意大利的司和 T 公司，日本的 司和 司。以及瑞典的 司等。当前国内外专业生产电主轴厂家多达几十家 4。在国外的厂家中，以德国 G 删和瑞士气最大、产品性能和质量也较好。 随着先进的电气传动技术 (如变频调速技术、电动机矢量控制技术等 )在高速 机床上的广泛应用，大大地简化了高速机床主传动的机械结构。高速机床基本上取消了带传动和齿轮传动等中间传动环节，其主轴由内装式电机直接驱动，从而把机床主传动链缩短为零，实现了机床主轴的“零传动” 5。 三、发展趋势 高速电主轴的结构紧凑、重量轻、惯性小、响应特性好，并可改善主轴的动 平衡，减少振动和噪声。是高速机床主轴单元的理想结构 6。 随着机床技术、高速切削技术的发展及实际应用的需要，对机床电主轴的性 能也提出越来越高的要求，电主轴技术的发展趋势主要表现在以下几个方面 78： (1)向高速度、高刚度方向发展 (2)向高速大功率、低速大转矩方向发展 (3)进一步向高精度、高可靠性和延长工作寿命方向发展 (4)电主轴内装电机性能和形式多样化 (5)向快速启、停方向发展 (6)轴承及其预载荷施加方式、润滑方式多样化 (7)刀具接口逐步趋于 柄技术 文献综述 (8)向多功能、智能化方向发展 为了适应国内外市场的需要，满足用户对高速、高精度及复合加工的需求，最大限度地一次性完成所有零件的表面加工，机床多轴复 合加工已日益普及，数控机床向复合化发展的趋势已经相当明显，精密、高效双电主轴铣车 (车铣 )复合加工中心的出现和发展就充分地体现了这种变化的趋势，马维新 9等介绍了德国西门子公司的双主轴数控机床，并对同步电主轴进行了研究。虽然铣车 (车铣 )复合加工中心的出现还不到 20 年，但发展速度很快，产品性能越来越完善。由于该设备加工适应能力强、工 艺范围广、装夹次数少、节约辅助时间、提高加工精度，深受航天、航空、兵器、汽车、能源及其他重点领域 10。 四、设计问题与解决 现代机床普遍精度不高，效率低，所以导致产品水 平不高，但车铣复合高速电主轴的结构紧凑、重量轻、惯性小、响应特性好，并可改善主轴的动平衡，减少振动和噪声，是高速机床主轴单元的理想结构。数控车床只能做轴向零件加工，主轴并不具备 c 轴功能，当需要进行工件表面加工的时候，就需要用到 c 轴功能，所以需用到车铣复合加工机床。车铣复合加工机床 主轴系统是由内藏式电主轴及高精度速度与位置反馈装置组成，使机床的主轴具有 C 轴功能，机床在加工时直接带动零件作旋转运动并与机床的 X 轴或与机床的 Z 轴联动，实现插补，完成零件的铣削功能。 为实现机床的 C 轴功能，通常 C 轴传动机构前端 的齿轮通过液压缸的拉动与主轴后端的齿轮啮合，动作简单，经常会出现齿顶齿的状况，使机床出现故障，多数情况啮合不上。用机械传动的方式实现 C 轴功能，主要是在不用改变主轴箱的基础上，增加一个 C 轴主轴箱就行，不过 过锥形环联轴套与主轴后端相连 ，使用的场合比较少，用起来十分麻烦。 C 轴功能就是 C 轴绕主轴进行回转。为了更好的实现 C 轴功能的方式主要有三种。第一种由电主轴直接驱动，电主轴的驱动惯性小，彻底的消除了传动链的间隙，切削较小零件和材质较软的材料时，如加工铜及铜和金、铝及铝合金，精度和零件表 面质量都会高，切削高硬质零件时也会满足零件的功能性要求。第二种是伺服主轴电机由带轮驱动，用带轮驱动方式转矩要比主轴的转矩大，所以只能加工一些较大的零件。第三种用进给伺服电机经减速器驱动。由于减速器的减速 比很大，所以 C 轴的输出扭矩也很大。当工 件主轴用作车削加工时需高速旋转，这时 C 轴的动 力传动系统必须与工件主轴脱离，否则会成为车削主 轴的阻碍。三种方式对比之下。电主轴驱动的方式实现 C 轴功能是最好不过的 11。 现阶段复合机床电主轴的润滑、冷却是主要解决的问题 ，电主轴的轴承承主要有流体静压轴承 、磁悬浮轴承和滚动轴承。而滚动轴承是高速电主轴的主要支撑元件且首 文献综述 先选择的是角接触轴承，因为角接触球轴承具有很好的高速性能。 轴承的润滑主要是为了降低滚珠与滚道的摩擦阻力、减轻磨损和延长轴承寿命，保证轴承正常工作。所以现在轴承的润滑装置一般采用油一气润滑 12或油雾润滑系统。油雾润滑虽然润滑效果良好，价格也比较便宜，但是会污染环境。所以选择油气润滑。电主轴的冷却主要指内装式主轴电机的冷却，电主轴运转时温度不能高，但也不能太低，一般大于 20，最高不超过 40， 所以一般选择油水油交换系统进行复合电主轴的冷却。 影响主轴部件工作性能的主要因素是它的刚度特性，在设计主轴部件时，应综合考虑力、扭矩、传动力的作用，来决定有关参数。轴承的径向刚度随着预紧力的增加而增大，也就是说，主轴刚度随着前轴承刚度的增加而显著增大。但后轴承预紧力的变化对主轴刚度的影响不大，而随着前轴承预紧力的增加，主轴刚度则显著增大。 文献综述 参考文献 1、 吴宝海，车铣复合加工的关键技术与应用前景 J航空制造技术， 2010， 19：43 45 2、 南朝子车铣复合机床改造的探索 J甘肃科技， 2002， 19(1)： 66 3、李彦数控机床高速电主轴技术及应用 J哈尔滨轴承， 2010， 31(2)： 4648 4、闫红卫，徐同申国内高速电主轴的应用与发展 J现代金属加 工， 2007， (3)： 58、张伯霖，张志润，肖曙红超高速加工与机床的零传动中国机械工 程， 1996， 7(5) 6、张伯霖，杨庆东高速切削技术及应用北京：机械工业出版社， 2002， 9 7、杨贵杰，秦冬冬高速电主轴的关键技术及发展趋势 J伺服控， 2010， (2):32 36 8、李 松生，杨柳欣，吴梅英数控机床用高速电主轴技术的现状与发展趋势 J世界制造技术与装备市场， 2003， (5)： 13 9、马维新 f 丽 815 型双主轴数控车床的设计制造 J制造技术与机床，2010(2)： 72 74 10、 李德珍李宪凯五轴车铣复合加工技术的现状与发展趋势 J航空制造技术 2009(12)47 50） 11、张行，陶征 等 基于 的铣削电主轴静动态分析性能 J制造技术与机床 2011（ 1）： 70 12、 et 997,211(1):22究内容 1、复合机床电主轴向高速化、高精度发展，所以电主轴的冷却和润滑是一个问题，对冷却系统和润滑方式进行研究。 2、 计算 确主轴切削扭矩 ，分析主轴的刚性和刚度，并研究轴承的润滑和磨损，还有轴承预紧力对主轴刚度的影响。从而对复合机床电主轴的结构进行了解与分析。 3、车铣复合加工是我国现在主要的发展方向，车铣复合加工主要是使主轴具有 实现复合加工机床 C 轴功能， 机床在加工时直接带动零件作旋转运动并与机床的 X 轴或与机床的 Z 轴联动，实现插补 。比较三种实现 c 轴功能的方法，选择出电主轴驱动的方式是实现 C 轴功能最好的方式。 研究计划 研究周期与时间安排 第 1 周 (收集资料，学习有关书籍文献，参观工厂，搜集设计过程中所要遵照的有关国家标准并进行学习 第 2 周 ( 提出完成课题的基本思路和方法， 完成该课题所采用的技路 线、方案，要设计和完成的任务 第 3 周 ( 完成开题报告及外文材料翻译 第 4 周 ( 主轴箱部件设计及计算，完成装配图草图设计 第 5 周 ( 绘制主轴动平衡图，确定主轴传递扭矩，绘制输出功率和扭矩 第 6 周 ( 完成主轴受力分析及前后轴承计算完成装配图 第 7 周 ( 设计毕业设计中期检查 第 8 周 ( 进行零件图计算机绘图 第 9 周 ( 完成零件图计算机绘图 第 10 周 ( 完成各零件及课题成本 分析，完成各零件成本及课题成本计算 第 11 周 ( 递交论文初稿 第 12 周 ( 修改论文并定稿 第 13 周 ( 完成定稿 第 14 周 ( 论文评审及答辩资格确定 第 15 周（ 毕业设计（论文）答辩 第 16 周（ 整理资料存档 特色与创新 本论文特色与创新如下： 1、使主轴具有 c 轴功能 ， 机床在加工时直接带动零件作旋转运动并与机床的 X 轴或与机床的 Z 轴联动，实现插补，完成零件的铣削 功能。 2、复合电主轴实现高速加工，提高工件的加工质量，机床的生产效率。 3、设计过程中采用角接触轴承，实现电主轴的高速性能。采用油气润滑的方式，使得电主轴成本变低，并且润滑效好。采用油水的冷却系统，使电主轴更加简便，冷却效果更好。 指导教师签名： 年 月 日 分中心意见 中心意见 分中心主任签名： 年 月 日 教学主任签名： 年 月 日 I 毕业设计说明书 中文摘要 摘要： 本 课题研究的内容是针对车铣复合加工机床 主轴结构 的设计 。车铣复合加工集传统铣削与车削加工技术于一身，可显著提高机械加工效率、降低生产加工成本。所以车铣复合加工机床电主轴可以 实现主轴的 C 轴功能，机床在加工时直接带动零件作旋转运动并与机床的 轴联动， 提高机床的生产率。本文 采用文献分析法、比较法 的方法 ，进 行车铣复合加工机床 主轴系统结构 的设计 。车铣复合加工机床电主轴取消了齿轮与带传动，消除机械传动，采用内藏式电机 传动 的方式。 设计过程中采用角接触轴承 ，实现电主轴的高速、高精度性能。采用油气润滑的方式，使得电主轴成本变低，并且润滑效好。采用油水的冷却系统，使电主轴更加简便，冷却效果更好。本设计提高了机床的加工精度，实现机床的高速性能，可以实现车铣复合加工。 关键词： 电主轴 车铣复合加工 高精度 业设计说明书 英文摘要 28 he of is 28 In of So in of of or to In of 28 of of be I 目 录 前 言 . 1 第一章 绪 论 . 2 题的研究背景和意义 . 2 铣复合电主轴的概述 . 3 内外 研究现状和发展趋势 . 4 题研究主要内容 . 6 第二章 电主轴系统方案设计 . 7 铣复合加工中心主传动系统的要求 . . 7 传动系统的功能要求 . 7 传动的动平衡要求 . 7 轴部件的组成及要求 . 8 传动系统的主要参数 . . 9 传动功率 . 9 轴内径的确定 . 9 轴强度的计算 . 10 主轴检测系统方案设计与确定 . . 12 铣复合加工中心对电主轴系统旋转精度的要求 . 12 轴准停装置的选择 . . 14 主轴水温控制系统的确定 . 14 第三章 电主轴组件设计和选用 . 16 主轴受力分析及主轴最佳支承计算 . 16 定主轴切削扭矩 . 17 轴的材料以及结构尺寸的设计 . 18 轴前后轴承寿命计算 . . 18 轴轴承的选用和配置方式 . 21 轴轴承间隙的调整和预紧 . 23 第 4 章 润滑、密封和冷却 . 25 轴轴承的润滑 . 25 机的冷却 . 26 轴的密封 . 26 第五章 技术经济分析 . 28 术经济分析的目的与意义 . 28 本材料分析 . 28 标准件 . 28 准件 . 29 课题技术经济成本计算依据 . 30 本计算依据 . 30 题技术经济成本计算 . 31 第六章 结 论 . 33 致 谢 . 34 参 考 文 献 . 35 附录 A 主轴箱装配图及各零件图 . 36 1 前 言 本文是对车铣复合加工机床 主轴结构进行设计和研究。作为复合加工技术的一种，铣车复合加工要求有很高的加工效率和加工精度。 车铣复合加工主要是使机床主轴实现 c 轴功能，机床在加工时直接带动零件作旋转运动并与机床的 X 轴或与机床的 Z 轴联动，实现插补，完成零件的铣削功能。车铣复合电主轴与传统方式相比，车铣复合电主轴采用内装式电机，取消了齿轮传动，皮带传动等中间传动设备，实现机床的 “零传动 ”1。车铣复合电主轴在高速下因热而会产生故障，因此限制了车铣复合电主轴的有效应用。 本车铣复合加工机床电主轴由于是内置电动机 2，电机运转的过程中所以会产生的热量而且轴承转动也会摩擦发热，使得电主轴的发热量很大，由此产生的很大热变形大大导致车铣复合加工机床的加工精度降低的更多。因 此对于车铣复合电主轴系统结构来说，冷却是主要方面，选择良好的冷却方式极为重要。 本文首先从电主轴的电机的结构方面进行归纳，比较系统的叙述了电主轴的设计理论。主要根据轴的主要参数选择电机型号，主轴的刚度也影响电主轴的工作性能，在设计主轴部件过程中，需要考虑、传动力、扭矩的作用，来决定主轴部件参数。主轴轴承的径向刚度是随着轴承预紧力的增加而增大，所以主轴刚度也会随着主轴前轴承刚度的增加而明显增大。在电主轴中，主轴前轴承对主轴的刚度影响是比较大的，所以轴承预紧力变大，主轴的刚度也明显加大，但是主轴后轴承对主轴刚度 的影响并不大 3。 本课题主要的研究方面主要还有选择良好的支承跨距。角接触球轴承是电主轴选择的最好选择，并且选择正确的主轴轴承配置方式，影响轴承寿命的主要原因主要是主轴的温升，采用合适的控制温升系统很关键。主轴的润滑和密封的合理选择也是电主轴的关键所在 4， 为提高加工精度和降低电机的热量则需要选择良好的冷却方式 。 2 第一章 绪 论 题的研究背景和意义 车铣复合加工技术是 20 世纪 80 年代工业历史上发展起来的一种新型的数控加工技术，他是近代发展的主要标志，标志着现代数控加工技术的飞跃性发展，并成为 20 世纪 90 年代各个国家想整设计研究和发展的重要方向。车铣复合加工是指将车床加工与铣床加工结合在一起 5，利用车铣复合运动对零件进行加工，可以实现零件的全部加工和一次性加工的先进加工技术，适用于一些薄壁零件间的粗精加工，还是用于航天行业，军事行业等大型产品的加工，也。采用铣车复合加工技术不但提高了机床的生产率，而言的话。车铣复合加工技术是一种高金属去除率的 “整体制造 ”技术，是新时代成长的标志，所以目前数控技术发展的重要方向就是车铣复合加工技术的实现 6。 在当今市场一些工业发达国家对于车铣复合 加工技术的应用相当熟练，处于高应用状态。 德国 就会专门建立研究机构 ,从事车铣复合加工的设计与研究 ,并且德国的研究技术都在全球处于最前端的位置 。美国在一些实际应用中就比较突出，比如航空行业，军事产品制造等。使用车铣复合加工技术为了节省一半以上的生产时间，而尺寸和切削刀具的数量大大减少，成本是传统加工的百分之一左右。 车铣复合加工机床的主要特点功能运用的范围广而且结构之间也很紧凑。因此，车床铣削机床的要求比普通机床的更高。为了使车铣机床可实现高速，高效率的一些关键技术，主要有以下 5 个方面 7： 3双功能铣车转台； 4摆头动力刀塔，铣车复合加丁中心电主轴热态； 5轻量化设计。 这其中，车铣复合加工机床种主要的功能部件就是电主轴了，并且电主轴的性能直接影响车铣复合加工机床的工作性能，车铣复合加工机床电主轴在运转过程中会产生大量的热量，加大电主轴的温升和热变形，从而降低整个加工机床的精度。零件加工过程中，电主轴的高速旋转，产生大量的热能产生热变 3 形，整个热变形产生误差占到整个机床加工误差的百分之四十到百分之七十。现在车型复合加工技术的发展最关键的就是抑制温升 、减小热变形。国内在电主轴研究和发展方面重要认识比较晚，国内电主轴技术的落后是导致中国铣车复合加工技术落后重要原因。图 1 1 所示为立式铣车复合加工中心整体结构图。 图 式铣车复合加工机床整体结构图 1直线导轨 ;23刀架滑板装置 ;4铣车刀架； 56789铣复合电主轴的概述 现代机床普遍精度不高，效率低，所以导致产品水平不高，但车铣复合加工机床电主轴具有动平衡的能力，降低主轴振动对加工精度的影响，并且电主轴的结构简单并紧凑而且体积小重量轻。是复合机床主轴单元的理想结构。数控车床只能做轴向加工，主轴并不具备 c 轴功能，当需要进行工件表面加工的时候，就 需要用到 c 轴功能，所以需用到车铣复合加工机床车铣复合加工机床电主轴系统是由内藏式电主轴及高精度速度与位置反馈装置组成，使机床的主轴具有 C 轴功能，机床在加工时直接带动零件作旋转运动并与机床的 X 轴或与机床的 Z 轴联动，实现插补，完成零件的铣削加工 8。 所谓车铣复合加工，就是使机床主轴具有复合加工的功能，主轴具有 C 轴功能，通过 C 轴传动机构中的齿轮与主轴上的齿轮啮合实现 C 轴功能，但齿轮之间的啮合，会导致两个齿轮的齿顶相碰，使机床出现故障 ,。用机械传动的方式实现 C 轴功能，主要是在不用改变主轴箱的基础上，增加一个 C 轴 主轴箱就 4 行，不过 C 轴控制箱传动轴只能通过锥形环联轴套与主轴后端相连，使用的场合比较少，用起来十分麻烦 9。 为了更好的实现 C 轴功能的方式主要有三种。第一种由电主轴直接驱动，电主轴的驱动惯性小，传动链的间隙彻底的消除了，当切削材质较软的材料和较小零件时，如加工铝及铝合金、铜及铜合金等零件时零件表面的加工质量都会显著提高，在切削一些高硬质材料的零件同样满足切削要求。第二种是伺服主轴电机由带轮驱动，用带轮驱动方式转矩要比主轴的转矩大，所以只能加工一些较大的零件。第三种用进给伺服电机经减速器驱动。运用减速器进行 C 轴功能的时候，有减速器的减速比会很大，导致主轴的扭矩也会变大，为了保持加工精度，机床的旋转速度要求都会很高，会导致 C 轴出啊动系统直接与工件主轴脱离，不然会成为车削障碍的。对比三种方式 ,电主轴驱动的方式实现 C 轴功能是最好不过的。 内外研究现状和发展趋势 20 世纪 80 年代， 电主轴已经呈现快速发展的的趋势，我国最早电主轴应用在磨床行业，因此，电主轴技术是越来越重要，更是对复合加工机床等高档机床更重要 。 现在数控化行业快速发展，对机床的加工精度和高速加工的要求也越来越高所以在电主轴应用也越来越多，国外主 要从事电主轴方面制造的主要有以下几家 ：德国 瑞士 日本大限等， 其中更是以 几家的 电主轴技术水平成为全球最先进发展标志 。这些公司生产的电主轴 和 国内生产的 电主轴相比 有以下几个特点 10： (1)大功率、高转速 (2)精密装配 与 精密加工工艺水平高 （ 3)高速和高刚性轴承。在国外高刚度和高速轴承主要在在高精密高速主轴使用。主轴承是液体动压轴承和陶瓷轴承。 (4)配套控制系统水平高 一些工业发达的国家都开始研究并发展和生产各种商品化的加工机床 。 所以我国与国外的电主轴技术有很大的 差距，国产电主轴在性能当面和质量绵绵与国外比较都是有很大的差距的。国内与国外的电主轴的产品的差距主要体现在以下几个方面 11： 与国外相比 国内目前 最多也就 在 100 5 内。国外 电主轴 低速段的输出转矩可以达 到 300N m 以上 ,最高也可 以达到600上 。 主轴带的 高速方面 ,我国电主轴的最高转速为 150000r / 国外的高速 电主轴的转速已经达到 75000r/不过 我国 大多数 在 20000r/下。 国电主轴主要还是油雾润滑和 油雾润滑，这是在我国主要的两种润滑方式，不过国外对润滑的研究就更加先进了，为了满足电主轴高速高精度的要求，用的是尤其润滑的方式。 在我国，电主轴主要还是用于不同机床，应用的不够全面，但是与国内不同的是，国外早已在高速、高精度、和多功能方面发展了。 承选用 方面， 国外高速轴承电主轴应用的很多，但是在国内我们对于电主轴的应用还是不够全面，对于电主轴的研究还是欠缺许多。 电主轴配合装配 方面， 如快速 启动与停止技术、 主轴 C 轴传动技术、停机角向准确定位 (准停 )技术等， 国内电主轴发展技术太慢，远远跟不上国外的发展与进步，满足不了国内现在数控市场应用的需要 。 小，数量的 方面， 在我国有很多大的企业针对电主轴进行设计、研究和制造，但那是在我国电主轴 还主要应用于磨床的方面。在国内，电主轴在数控机床上应用，还处于最开始的阶段，尤其在研究和设计方面还处于最基础的阶段 ，并没有产生没有多大进步 ， 因此与国外的先进水准比较存在较大滞后 ， 远远比不上国外的产品 。 并且国外的企业在电主轴关键部件的研究上有很高的创新性 ， 在 国际上 ，电主轴中的编码器，道具接口等主要部件产品都是国 外企业自主设计，研究并制造的，这就是国外最重要的地方 。 电主轴技术的发展趋势表现在以下几个方面 12： 刚度方向发展； 由于现在电主轴越来愈注重主轴当刚度的影响，所以都会增加主轴刚度，所以主轴刚度的增加也满足了数控机床高速高精度的要求。现代数控机床在实际应用出高速是主要条件 ， 并且当今主轴轴承和器润滑技术的发展等些主要的技术的发展，数控机床已经是当今最主要的应用机床 。 速 并且 功率 大的方向和主轴 低速 且 大转矩方向发展。 根据要求现代数控复合机床就要满足低速大转矩和高速功率大 。 提高机床工作时间，提高机床的可靠性和机床的精度方向发展 。 现 6 在数控机床市场的精度和可靠性要求越来越高。而目前的精密主轴轴承、先进的润滑方法和预负荷的特殊方法，使电主轴的寿命得到了改善，电主轴的可靠性得到了提高。 方向发展。 当今市场中， 润滑方式有油脂、油雾、油气等 。 油脂 润滑是现在市场最主要的润滑方式，油气润滑主要应用于告诉场合和安全节约资源的场合，因此油气润滑的润滑方式得到广泛应用；在滚动轴承中，使使用也压得方式对轴承施加压力，而且还可以根据周周负 载的载荷和主轴反馈的负载大小。因此可以让轴承的性能更加全面 。 题研究主要内容 本课题的研究内容主要以车铣复合，高速，高精度的电主轴为主要研究目标。从实现电主轴的车铣复合，高速，高精度入手。 1、复合机床电主轴向高速化、高精度发展，所以电主轴的冷却和润滑是一个问题，对冷却系统和润滑方式进行研究。 2、 计算 确主轴切削扭矩 ，分析主轴的刚性和刚度，计算主轴的最佳支撑跨距，分析主轴实际支撑跨距。 3、 研究轴承的润滑和磨损，还有主轴轴承预紧力影响刚度。从而 对 机床主轴结构的理解和分析。 4、根据主轴直径选择合 理的轴承，研究轴承配置方式来减轻轴承预紧力，并研究轴承的使用寿命，选择合适的方式提高轴承寿命。 5、车铣复合加工是我国现在主要的发展方向，车铣复合加工主要是使主轴具有 C 轴的功能。为实现复合加工机床 C 轴功能， 机床在加工时直接带动零件作旋转运动并与机床的 X 轴或与机床的 Z 轴联动，实现插补 。比较三种实现 择出电主轴驱动的方式是实现 C 轴功能最好的方式。 7 第二章 电主轴系统方案设计 铣复合加工中心主传动系统的要求 车铣复合加工机床具有较高的精度及丰富的加工性能，特别适用于军工，航天，航空等复杂零件加工。当机床进行铣削加工时，工作台会作为主轴，也就是具有 C 轴功能，实现机床的铣削加工。当机床进行车削加工时工作台只做旋转运动，对旋转的位置不进行控制。作为 C 轴时时工作台需要的驱动扭矩小，而作为车削运动旋转时需要的驱动扭矩较大。具有更大的调速范围并实现无极调速。 主轴的动平衡就是指主轴的动态平衡 ,主要就是主轴在旋转的过程中产生振动的程度。电主轴中，转子按主轴轴线旋转 ，并转子轴向分布质量不均匀，导致离心力的产生，这种离心力就会让主轴产生振动，从而对主轴的轴承产生较大的磨损，影响轴承的使用寿命，并且主轴产生振动也会发出噪声。 去重法和增重法是使主轴动平衡常用方法。去重法主要用于小型主轴的场合。这种方法就是在电动机的转子上装一个去重盘，当电动机转自和主轴其他重要部件安装在主轴，当主轴产生振动产生的时候，切除去重盘上的不平衡量保证主轴的动平衡。增重法是一种新型的动平衡方法，主要用于高速和无框架电机场合。再点击两端安装平衡盘，在平衡盘上设计有螺纹孔，在螺纹空内拧进螺钉， 控制拧入落定的深度和回转位置来使主轴实现动平衡。如图 示。电主轴的主轴是转轴，电主轴的最终精度是和转轴的精度息息相关的。转轴的位置、尺寸和形状精度的要求都很高。主轴在进行高速运转时，会产生离心力，导致 主轴 会发生抖动，影响电主轴的加工精度，所以转轴和安装在主轴上的零件都要满足动平衡能力。 8 图 轴部件的组成及要求 1、主轴 主轴的主要尺寸参数包括：主轴的直径、主轴内孔直径、主轴的悬伸长度和主轴的支承跨距。要确定各个主 轴的合理的参数，要根据比较主轴的刚度，主轴结构上工艺性能和主轴部件的适用范围内的悬伸长度和支承跨距。通常根据主轴的刚度。耐磨性、热处理变形大小和载荷等因素确定。根据比较所以主轴材料选择 20最合适的。 2、主轴轴承 电主轴主要支承部件是精密高速轴承。轴承具有高速性能，动载荷承载能力高，发热量小，润滑性能好等优点。车铣复合加工机床具有高精度，高速度的要求。所以要选择滚动轴承，综合比较角接触球轴承是最好的选择。并且轴承之间的配置方式进行要求，选择正确的配置方式。 3、轴壳 电主轴的主要部件轴壳。轴壳 的位置精度和尺寸精度直接影响主轴的综合精度。 4、主轴的润滑与密封装置 主轴在高速回转中，要保证零件的高精度，必须保持良好的润滑性与密封性能。选择良好的润滑方式是最主要的要求。 9 传动系统的主要参数 主轴端部尺寸 28 根据 表 2 2轴端部尺寸 选择主轴前轴直径 30轴后轴直径 10 据对比，主轴在强度一定下，空心轴的重量是远远比实心轴小，小了大约有三分之一，不仅减轻了主轴的重量而且也节约材料。改为空心轴主要是因为扭转圆截面上的切应力是按照主轴半径呈线性分布的，主轴中心线周围的切削应力都会很小，发挥不了主轴材料的基本特性。当把实心主轴改为空心主轴的时候，就是相当于把主轴中心线周围的材料往周边偏移，然后导致主轴截面的极惯性矩抗扭截面系数，使主轴的扭转强度得到了提高。空心中适用于一些使用大型轴的场合或者有主轴重量要求的场合中。需要注意的是，空心轴的壁厚也不能过薄，以免导致轴产生局部变形产生裂 纹，从而降低轴的承载能力。因此，本车铣复合加工机床的电主轴的主轴一采用空心轴。 查询机械设计手册 图可知，当 孔直径的对主轴的刚度是没有影响的，因此主轴内孔直径 d 的极限 ： ，即刚度削弱小于 25%。若孔径再大，主轴刚度就会急 10 剧下降。所以选择 中 前轴颈内孔直径。 所以选择内孔直径的：前内孔直径 00内孔直径 5据主轴参数前轴直径 30轴直径 10主轴强度的计算 扭矩计算： 549(2P主轴的功率 n主轴的转速 16 00 4 9 (2主轴的极惯性矩计算： 4432 p (2 D主轴直径 d主轴内孔直径 前轴的极惯性矩： 45441 (2后轴的极惯性矩： 45442 (2主轴的抗扭界面系数计算： 2t(2 D主轴直径 前轴的抗扭截面 系数： 3451 (2 后轴的抗扭截面系数： 3452 (2 主轴的强度计算： (2 11 T主轴的扭矩 轴的抗扭矩截面系数 主轴前轴强度： 1 41 (2主轴后轴强度： 2 (2表 2机参数 表 2机型号 如表 2表 2根据主轴直径和内孔直径选择电机型号 率范围 p=择最大的电机功率 p=速 n=600r/上公式均引用于机床设计手册第三册 12 主轴检测系统方案设计与确定 转精度的要求 主轴系统是机床的重要部件。所以主轴系统对主轴系统对于高速、精密的数控 机床就显得特别重要。主轴系统普遍采用内置电动机，而且内置电动机是现代国际数控机床的最新发展方向，电机定子安装在主轴箱体的孔中，电机与主轴是一体的，所以取消了机械传动并消除机械间隙。电主轴在如今数控市场应用的越来越 广泛。 电主轴中电机转自和主轴由于是直接接触的，电机工作会产生大量的热量，热量会传递给主轴箱，导致电主轴的精度，速度受到影响，所以必须选择合适的温升系统。 主轴的旋转精度是指主轴在运转过程中发生空载运动，主轴端面定位面的径向跳动、端面跳动和轴向窜动值。 电机的转子一般是处在前轴承和后轴承之间的，电机转子是与主轴过盈配合的，由于是过盈配合，所以转子与主轴之间产生较大的摩擦力，以摩擦力来传递扭矩。不过转子内孔与主轴配合面之间有很大的过盈量， 所以采用热装方式，加热电机转子装配主轴 。在电主轴的后端部会装有一个位置和 速度反馈装置，让主轴呈现主轴回转全闭环状态。 影响电主轴的旋转精度的因素可以分为五类： （ 1）工作环境的影响 ，电主轴的润滑，负载 （ 2）主轴系统的组件，包括主轴本身、轴承等相重要组件的几何精度及其装配精度 （ 3）随机因素影响 （ 4）热变形，电主轴在回转过程中会产生热量，然后导致热变形 电主轴的回转因素有许多，而且也特别复杂，所以在做精确计算时候无法考虑所有因素。所以为了对主轴系统进行精确的系统计算，对以下方面进行了考虑： （ 1）工作温度环境温度低于 20 （ 2）主轴部件在力的作用下，产生的变量可以 不考虑 （ 3）采取正确的装配方式 （ 4）合适的润滑方式 13 主轴组件的几何误差会由于主轴的受力不同对主轴回转精度的影响也会不一样。如图 示主轴值金额带着道具进行回转切削运动，刀具也会受到切削反力的作用，并且会随着主轴的旋转而旋转，所以导致主轴上的某一地方也会绕着滚动轴承旋转。 图 承的误 差的类型有很多所以对回转精度也会产生不同的影响。如图 1、在滚动轴承中会产生尺寸误差，然后导致轴承内圈向某个位置偏离。一些大尺寸的滚动体会使得轴承内圈向对面偏离，让轴承外圈与轴承出现误差。 2、回转性的主轴的滚到的圆度差别的影响往往是小于刀具旋转型主轴的。有些轴承的滚到也是具有圆度误差。在刀具旋转型主轴当中，刀具会受到切削力，让主轴上的某一个位置沿着滚道滑动，并且轴承滚道的圆度误差会直接在轴颈上反映出来，形成径向跳动。当遇到这种情况下，滚动体会受到主轴旋转停止时的 挤压，增加磨损，降低轴承的寿命。 14 3、轴承中的滚动体是有减小摩擦和定位的作用的。不过轴承滚动体存在圆度误差和尺寸误差都会影响主轴的定位精度，主轴旋转的时候同时带动轴承内圈回转，轴承滚动体也随之旋转。在滚动轴承中是会有许多滚动体的，当所有滚动体一起旋转的时候，主轴的轴颈会产生不同位置的跳动，从而形成径向跳动。滚动轴承中滚动体是要大于其他滚动体直径的，当压力大于零界点的时候，主轴轴颈的回转中心就会偏置。 4、在滚动轴承中滚道是有斜度的，并且使滚动体与滚道产生巨大的磨损，从而影响到主轴的高速旋转。而且滚到的斜度影 响滚动体绕主轴中心公转，使得滚动体的自传变大，影响轴承的冷却和润滑。 轴准停装置的选择 主轴的准停其实是指主轴的定位方向功能，也就是机床受到准停装置发放准停命令的时候，主轴停止在规定的方向和位置，还保持力矩存在。 在加工中心中，主轴的准停功能就是自动换刀功能，使主轴与刀柄上的键槽对准，使主轴停转并准确停在固定位置上。在车铣复合加工机床中，主轴的准停功是在加工过程中，使机床可以对零件平面的铣削加工，主轴做主运动外，可以做分度运动和 圆周进给运动。车铣复合加工机床进行铣削加工时，机床主轴与 C 轴联动，主轴保持缓慢旋转或者停止状态，这时候主轴是作为进给轴工作，在车削过程中，主轴是作为主运动进行旋转，刀架作为进给轴进行轴向移动。 主轴的准停装置有机械控制的主轴准停装置和电气控制的主轴准停方式。机械控制的准停方式定向可靠，精确，但结构比较复杂。电气控制的准停方式主要由安装在主轴上的编码器实现，不需要机械部件，可靠性高，准停时间短，且有高的精度和刚性， 车铣复合加工电主轴的准停装置是由安装在主轴上的编码器实现。实现方式主要由光栅式编码器、磁性式编 码器和齿轮式编码器。本车铣复合加工机床的电主轴的设计采用的圆磁栅编码器作为反馈元件，磁性式编码器可以使 使主轴输出最小单
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本文标题：车铣复合加工机床A28电主轴结构设计【机械毕业设计含9张CAD图+说明书，外文翻译开题报告】
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