加工中心主轴组件分析报告
一、主轴组件概述
1.主轴组件定义
加工中心主传动系统是由主轴电动机、主轴传动系统以及主轴组件组成，而主轴组件是加工中心的主传动部分的主要组成部分，在机床上，主轴主要作用是夹持工件或刀具旋转，提供足够的驱动功率或输出转矩，能在整个速度范围内提供切削所需功率和转矩，以满足机床强力切削时的要求，直接参加表面成形运动。（应附图）
主轴被比喻为“机床的心脏”，这是再恰当不过了，人们期望它输出更高的转速、更大的扭矩、更强劲的功率、更小的主轴跳动、更低的磨损率、更少的故障及更低的价格。目前国内机床主轴的水平还未满足用户的要求。
2.国内外主轴现状比较
在国外，主轴单元的设计大多是可以公开的，一些大轴承公司甚至公开出版书籍，教人们如何设计适合的主轴单元具体到使用什么轴承、轴承的精度等级、相应的配合公差、形位公差、主轴单元可以达到的精度、润滑方式、润滑油、密封方法、动平衡精度等,有的公司还会介绍如何装配，应在什么环境下装配等。设计可以公开，但加工工艺就很少见诸文献。大多数公司对工艺都严守秘密，好多出国考察的人士就反映主轴单元零件的精加工场所，甚至装配场所几乎都不允许参观。因此很难叙述目前国外的工艺水平，只能从一些间接的现象来评估。例如有时我们采用相同的设计、相同的材料、用同一轴承公司的型号、精度等级相同的轴承，而做不出相同精度或相同速度的主轴单元来。
对铣削加工中心，主轴跳动在1um已经是国内用户购买高精度机床的一个标淮，这对于国外的机床来说，也已经是一个非常普通的参数，甚至于价位很低的机床，反观我们国内的情况，还没有哪个厂家
明确地在产品样本上标明主轴跳动为lum，而实际的情况更糟糕，
机床的主轴指标往往是5um。
情况为什么会是这样呢?原因主要的还是主轴的结构设计、加工工艺、热处理工艺、装配工艺的问题。这个也是以后开发主轴的技术难点。
此处至少应就主轴类技术指标、材料及热处理的差距列表，差距比较是表现技术水平高低的重要形式，必须有数据，国外在主轴方面的发展方向是什么，必须在文中有回答（并提供一些参考资料作为支持）
二主轴组件的分类、功能、性能要求
以下以铣加工中心作为例子介绍
（1）主轴组件的分类：皮带式主轴、直结式主轴、内藏式主轴（电主轴）（应附图）
三类主轴使用环境：皮带式主轴广泛用于小型机床上，并能满足机床对转矩特性的要求；直结式主轴虽然简化了主轴结构，有效地提高了主轴刚度，但主轴输出转矩小，电动机发热对主轴精度影响大；内藏式主轴是集皮带式主轴和直结式主轴优点，具有高速度，高精度，以及良好的稳定性能等多项优点，广泛用于数控钻铣设备，精密雕刻、雕铣、木工机械、精密磨床及其他数控高速机械。
三类主轴发展趋势：从当前机床行业看，大多立式加工中心还是采用皮带式主轴，主要满足机床对转矩的要求，直结式的较少，因为电主轴已经有取代直结式主轴的趋势了。
主轴组件功能：
1.调速功能为了适应不同工序、各种工件材料及刀具等各切削工艺要求，主轴必须具有一定的调速范围并实现无级变速，以保证加工时选用合理的切削用量，从而获得最佳切削效率、加工精度和表面质量；调速范围的指标主要由各种加工工艺对主轴最低转速和最高转速的要求来确定。目前加工中心主轴基本实现无级变速。
2.刀具自动夹紧功能加工中心突出的特点是自动换刀功能，为保证加工过程的连续实施，加工中心主轴系统与其他主轴系统相比，必须具有刀具自动夹紧功能。
3.主轴定位功能要求主轴准停功能又称主轴的定位功能，即当主轴停止时，控制主轴停在固定的位置，这是自动换刀所必须的功能。在自动换刀时，切削转矩通常通过刀杆的端面键来传递的，这就是要求主轴具有准确定位于圆周上的特定角度的功能。
主轴组件主要参数：
机床主传动系统的参数有动力和运动参数。动力参数是指主运动驱动电机的功率，运动参数是指主运动的变速范围。
（1）主传动功率
通过查阅搜集的主轴相关资料，主轴功率分以下几种：30（BT30,DIN30,CAT30）锥孔规格的主轴电机功率大部分为3Kw或5Kw；40锥孔规格的主轴电机功率大部分为7.5Kw或11Kw，50锥孔规格的主轴电机功率大部分为15Kw或18.5Kw。
（2）主轴组件的最高转速
以下是台湾主轴专业生产厂家的主轴转速范围主要有以下几种：键椿工业股份有限公司、普森精密主轴工业有限公司、矩将科技有限公司、台湾旭泰精密主轴公司：6000rpm 8000rpm 10000rpm 12000rpm；但从上可以看出，现在加工中心机械主轴的转速大部分是6000、8000、10000、12000，在往上走就是电主轴转速范围了。日本、德国的呢？
主轴组件性能要求：
（1）回转精度
主轴组件的回转精度，是指机床在空载低速旋转时，主轴前端安装工件或刀具部位的径向和轴向跳动值满足要求（其值可参考有关机床精度标准）。目的是保证加工零件的几何精度和表面粗糙度。当主轴做回转运动时，线速度为零的点的连线称为主轴的回转中心线。回转中心线的空间位置，在理想的情况下应是固定不变的。实际上，由于主轴组件中各种因素的影响，回转中心线的空间位置每一个瞬间多是变化的，这些瞬时回转中心的平均空间位置称为理想回转中心线。瞬时回转中心线相对于理想回转中心线在空间的位置距离，就是主轴的回转误差，回转误差的范围就是的回转精度。纯径向误差、角度误差和轴向误差它们很少单独存在。当径向误差和角度误差同时存在时，构成径向跳动，而轴向误差和角度误差同时存在时构成端面跳动。在加工过程中这些误差直接影响到工件的表面形状等加工质量。因此，在设计主轴组件是必须对回转精度加以控制。
一般回转精度指标是多少？（国外，国内？）
（2）刚度
主轴组件的刚度是指受外力（例如切削力）作用时，主轴组件抵抗变形的能力。通常以主轴前端产生单位位移量时，在位移方向上所施加的作用力大小来表示。主轴组件的刚度越大，主轴受力的变形就越小。主轴组件的刚度不足，在切削力及其他力的作用下，主轴将产生较大的变形，不仅影响工件的加工质量，还会破坏承的正常工作条件，使其加快磨损，降低精度。可见主轴的刚度直接影响到主轴组件的性能。主轴部件的刚度与主轴结构尺寸、支承跨距、所选用的轴承类型及配置形式、轴承间隙的调整、主轴上传动元件的位置等有关。
刚度一般采用有限元分析，指标情况如何呢？
（3）抗振性
主轴组件的抗振性是指切削加工时，主轴保持平稳地运转而不发生振动的能力。主轴组件抗振性差，工作时容易产生振动，不仅降低加工质量，而且限制了机床生产率的的提高，使刀具耐用度下降。提高主轴抗振性必须提高主轴组件的静刚度，采用较大的阻尼比的前轴承，以及在必要时安装阻尼消振器。另外主轴固有频率应远远大于激振力频率。
抗振性如何测定？
（4）温升和热变形
主轴组件在运转过程中，温升过高会引起两方面的不良结果：一是主轴组件和箱体因热膨胀而变形，主轴的回转中心与机床其他件的相对位置发生变化，直接影响加工精度；其次是轴承等元件会因温度过高而改变已调好的间隙和破坏正常的润滑条件，影响轴承的正常工作。严重时甚至会发生抱轴现象。所以要提高主轴组件的性能，必须控制主轴温升。大部分主轴厂家的控制温升为+10°C、+15°C、+20°C。
国内外有什么差距？
国外在控制这个指标方面有什么新的对策和措施？
（5）耐磨性
主轴组件必须有足够的耐磨性，以便能长期保持精度。主轴上易磨损的地方是刀具或工件的安装部位以及移动式主轴的工件部位。为了提高耐磨度，主轴的上述部位应该淬硬，或者经过氮化处理，以提高其硬度增加耐磨性。主轴轴承也需有良好的润滑，提高其耐磨性。以上所述各项要求，要综合考虑，例如高刚度与高速，高速与低温升，高速与高精度等方面的矛盾就要具体问题具体分析。
这个指标非常关键和重要，有无具体指标数据方面的资料（国内外对比），包括材料、热处理的特殊手段、新手段？
三、主轴产品技术分析
1.主轴结构示意图：应附以表现某种型号主轴单元的完整结构图
2.主轴组件零件分析
一套完整的主轴组件离不开以下零件：端面键、刀柄、拉钉、主轴前端盖、拉杆、拉刀爪、前端轴承、主轴、隔环、主轴套、同步皮带和皮带轮、密封件、蝶形弹簧、拉刀气缸、撞块、行程开关、冷却系统、浮动退刀装置及紧固件。
端面键、刀具、刀柄、拉钉、拉刀爪、轴承、同步皮带和皮带轮、蝶形弹簧、拉刀气缸、行程开关、紧固件已经标准化，所以主轴需要自己独立设计的就只有主轴前端盖、拉杆、主轴、隔环、主轴套、同步带轮内孔和结构可根据需要特制、撞块、冷却系统的布局，浮动退刀装置(其实就是一种卸荷装置，相关资料见附件1)。
（一）标准件：
（1）主轴前端有7：24的锥孔，用于装夹BT40刀柄或刀杆，再用拉杆从主轴后端拉紧，主轴端面有一端面键．既可通过它传递刀具的扭矩，又可用于刀具的周向定位．相关标准见GB3837〃2—83机床工具7：24圆锥联结主轴端面键。
（2）刀柄：GB10944.1-2006T自动换刀用7：24圆锥工具柄部—40、45和50号柄第1部分尺寸及锥角公差；
GB10944.2-2006T自动换刀用7：24 圆锥工具柄部—40、45和50号柄第2部分技术条件；
日本BT刀柄标准见B6339-1998。
（3）拉钉：GB10945.1-2006-T自动换刀用7：24 圆锥工具柄部-40、45和50 号柄用拉钉第1部分：尺寸及机械性能
GB/T 10945.2-2006自动换刀用7：24圆锥工具柄部第2部分技术条件
日本BT拉钉标准见B6339-1998
（4）拉刀爪：刀杆尾部的拉紧机构分2大类：四瓣爪和钢球式
①四瓣爪
②钢球式
比较2种拉紧结构，各有优点，但从可靠性方面四瓣爪要强，因为钢球式由于钢球表面很硬，拉刀的力也比较大，受力方式是点接触，如果时间长了很容易将钢球边缘压凹或者将拉钉端部拉坏，而四瓣爪通过面接触，不会出现钢球式那种情况，论成本钢球式当然比四瓣爪便宜，但是在拉紧机构的可靠稳定性方面，四瓣爪比钢球式强很多，现在国内加工中心基本上采用四瓣爪拉紧结构。
（5）轴承：经查阅大量主轴相关资料及前面已介绍，主轴轴承采用的是角接触球轴承或双列圆柱滚子轴承（用于大中型卧式加工中心主轴和强力切削机床主轴），主轴轴承主轴采用轴承的内径为60，65，70（用于BT40型号），80，100（用于BT50型号）mm，台湾几家专业主轴厂家的主轴前轴承采用的德国FAG公司的高精度精密主轴轴承或（NSK）轴承或SKF轴承，且前后轴承精度等级都为P4级。（6）同步皮带和皮带轮：同步皮带和皮带轮很有采用的是美国盖茨或日本UNITTA公司的精确圆弧齿同步带5GT和圆弧齿同步带8YU，皮带式主轴基本上采用如上同步皮带，相应地也会采用如上的带轮。（7）蝶形弹簧：德国专业的蝶形弹簧供应商；
（8）拉刀气缸：台湾专业的拉刀气缸生产商；
（9）行程开关：选用欧姆龙的，作用是提供松刀完成及拉刀完成的信号。
（二）自制件
主轴：
1、主轴主要尺寸参数：主轴的主要尺寸参数包括：主轴的直径、内孔直径、悬伸长度和支承跨距。评价和考虑主轴主要尺寸参数的依据是主轴的刚度、结构工艺性和主轴组件的工艺适用范围．主轴
材料的选择主要根据刚度、载荷特点、耐磨性和热处理变形大小等因素确定。
（1）.主轴直径主轴直径越大，其刚度越高，但使得轴承和轴上其他零件的尺寸相应增大。轴承的直径越大，同等级精度轴承公差值就越大，要保证主轴的旋转精度就越困难。同时极限转速下降。主轴前支承轴颈的直径可根据主轴电动机功率初步选择。主轴后端支承轴颈的直径可以是0.7~0.8倍前支承轴颈值，实际尺寸要在主轴组件结构设计时确定。前、后轴颈的差值越小则主轴的刚度越高，工艺性能也越好。
通过查阅相关资料，了解到BT40主轴的轴径为60—110，因为经对很多主轴公司样本查阅，发现大部分主轴采用轴承的内径为60，65，70（用于BT40型号），80，100（用于BT50型号）mm，而轴承是装在主轴上面的，考虑到轴肩结构，所以可推知主轴直径范围为55-110mm，具体数值可根据主轴型号确定。
（2）.主轴内孔直径主轴的内孔直径用于通过刀具夹紧装置固定刀具、传动气动或液压卡盘等，主轴孔径越大，主轴部件的相对重量也越轻。主轴孔径的大小主要受主轴刚度的制约。
主轴直径确定了，根据以上要求可知主轴内孔直径一般为30—55mm。
（3）.前悬伸a 如图1主轴前支承点至主轴前端的距离a称为主轴的前端伸。主轴的前悬伸长度与主轴前端结构的形状尺寸，前轴承的类型、组合方式和轴承的润滑与密封有关，主轴的前悬伸长度对主轴的刚度影响较轴前悬伸长度越短，其刚度越高。因此，在进行结构设计时，应尽量缩短悬伸量为a
经查阅一些主轴生产厂家样本a的取值范围为70—100mm,该值取多少，需经过理论和试验考证，所以只能考虑一个范围，该值是在BT40型号中的参数值，具体是多少可以根据结构在该范围内调整。
(4).主轴的支承跨距l 主轴前支承点至主轴后支撑点之间的距离称为跨距l，主轴组件的支承跨距对主轴本身刚度和对支承刚度有很大的影响。
主轴直径、内孔直径、悬伸长度及支承跨度的相关论文资料见附件1
3.主轴的材料及热处理
评价和考虑主轴主要尺寸参数的依据是主轴的刚度、结构工艺性和主轴组件的工艺适用范围。主轴材料的选择主要根据刚度、载荷特点、耐磨性、热处理变形大小等因素确定。主轴的刚度与材料的弹性模量E有关，钢的E值较大，所以主轴材料首先考虑钢料。值得注意的是不论是普通钢或合金钢，其弹性模量基本相同。因此在选择钢料时应首先选用价格便宜的中碳钢（如45钢），只有在载荷特别重和有较大的冲击时，或者精密机床主轴需要减小热处理后的变形时，或者轴向移动的主轴需要保证其耐磨性时，才考虑用合金钢。国内加工中心主轴常用的材料及热处理要求见表1。
钢材热处理用途
45 调质22~28HRC 轻中载荷主轴
40Cr 淬硬40~50HRC 中重载荷，局部表面要求较硬的主轴
GCr15 高频淬硬56~65HRC 滑动轴承的主轴轴颈
20Cr 渗碳淬硬56~62HRC 重载荷，轴颈处需要高硬度或冲击性较大的主轴
9Mn2V 淬硬50~60HRC 高精度主轴，热处理变形较小
38CrMoAlA 氮化850~1000HV 高精度主轴，保证热处理变形小
50Mn2 调质28~35HRC 轻中载荷主轴
查阅相关资料得知键椿工业股份有限公司普森精密主轴工业有限公司矩将科技有限公司台湾旭泰精密主轴公司的主轴采用日本镍铬钼钢（SNCM21）材质。经准正常化，及热处理程序处理，以达高韧性、高耐磨耗、高稳定要求标准。
经查阅世界钢号对比表得知SNCM21相当于国内的40CrNiMoA.但国内40CrNiMoA材料是否合乎要求有待考察。
主轴的选材及热处理工艺相关论文见附件1
4.组件刚度的计算
相关资料见附件1
5.主轴的主要精度指标
主轴的精度直接影响到主轴组件的旋转精度。主轴、轴承等零件相连接处的表面几何形状误差和表面粗糙度，关系到接触刚度。零件接触表面形状越准确，表面粗糙度越小，则受力后的接触变形愈小，亦即接触刚度愈高。因此，对主轴设计必须提出一定的技术要求，它主要包括主轴各配件表面的尺寸公差、形位公差、表面粗糙度、表面硬度等内容，并应在主轴零件图上标注准确、合理。
6.专业主轴厂商产品介绍
矩将科技有限公司该公司产品主要有皮带式主轴、直结式主轴、内藏式主轴。
产品特点：甩水环专利,有效阻绝高速切削之油雾；精密高硬度锥孔处理，多道次热处理，长期无几何潜变，可降低锥孔磨耗；零件精度全检，心轴、套筒、各式几何精度全检，务求最佳精度表现；精密多
层迷宫设计，在高速运转可有效阻绝切削液侵入轴承，保持润滑脂品质；止转拉刀瓣爪专利，改善运转之噪音及振动特性，提升平衡等级，可选配主轴环喷及中心出水装置。
健椿工业股份有限公司：主要产品立式／卧式加工中心主轴、高速直结式主轴、CNC数控车床主轴、磨床主轴、专用机主轴。
产品特点：1.主轴采用油冷却方式，有效维护主轴温升稳定；
2.良好之迷宫环设计，有效防止切削油和异物侵入；
3.可选配主轴环喷及中心出水装置；
4.小型主轴标配浮动反扣装置，大型主轴有预留浮动反扣装置。
5.主轴皆选用P4级之超精密轴承，搭配最佳化跨距，适当之精密公差来设计。
6.主轴采用欧美CNC磨床设备加工，确保零组件品质。
7.主轴动平衡均在G1以内。
8.主轴之检验、组装、加工和运转测试均在无尘室环境中完成。
5.主轴组件装配及检验
健椿工业股份有限公司的组装是在以下条件下完成的，相信其他专业主轴厂家也相似:
(1).组装区采用恒温空调控制温度，精确选配公差配合。
(2).采用NSK 轴承加热器加热轴承，无过热及残留磁性之顾忌。
(3).组装步骤均标准程序校正。
(4).锁紧螺帽均依标准值以扭力扳手锁紧，并坚持不以调整螺帽校正主轴。
(5).出厂主轴300mm偏摆均于0.008mm以内。25mm 偏摆值于0.003mm以内。
(6)采用德国进口油压式拉力计，精确检测主轴拉力。
1.平衡测试
◆使用CEMB 计算机平衡校正机，精确校验主轴平衡，并提供校騟记录。
◆校验主轴平衡已达到ISO1940规范G1等级。
2.跑合测试
◆采用计算机控制全自动跑合程序，提供温异过热保护及完整温
升记录。
◆提供完整中文或英文温升记录表，更于工具机厂供国内外客户参考。
◆跑合方式可依主轴转速及特性设定运转测试时间，保证温度确实保护轴承。
◆出厂主轴均经完整跑合程序，缩知工具机厂于在线跑合时间，减少组装时间。
总结
主轴研发步骤：
1.调研调查机床厂现行主轴系统情况，查阅、收集和分析国内外有关技术资料。尤其是新技术的应用情况；
2.在调研的基础上，考虑设计要求及给定的设计条件，确定主轴轴承类型及配置方式，合理布置；
3.确定主轴轴径，选择主轴端部形状并初步确定支承跨距。然后考虑各组件的定位、工艺性等要求的基础上定出主轴全部结构尺寸；
4.进行主轴刚度验算
5.选定主轴材料、热处理及技术要求
6.绘制工作图
主轴零件图肯定目前采用仿制或来图加工的方式，因此设计计算方面不会开展很详细的工作，只要很好理解其产品功能作用、技术发展趋势、设计计算原理、关联因素等即可，因此以上研发步骤是不完整的；
没有主轴制造工艺方面的介绍，至少也应提供主轴(如加工中心主轴)本身的加工工艺流程、加工和特殊工艺难点
还具有C轴功能及定向功能
浅析数控铣床的主轴结构设计 摘要自从我国改革开放之后，我国的工业领域发展就十分迅速，工业化水平不断提高，促进了国民经济的迅速发展，尤其是近几年自动化技术在工业领域中的普遍应用，极大提高了工业生产的质量和效率，其中各种工业生产设备的应用，极大的便利了工业生产活动，数控铣床作为工业生产中的常见设备，在工业生产中的高速度，高精度以及高效率等优势，使其在工业领域中发挥的作用越来越大。在数控铣床结构中，主轴结构无疑是十分关键的，直接影响着数控铣床的应用，所以本文就针对数控铣床的主轴结构设计进行分析，促进数控铣床在工业领域中的应用。 关键词数控铣床；主轴；结构设计 在我国的工业生产领域中，数控铣床作为高速切削技术的主要应用设备，在我国应用十分广泛，有效提高了切削工作的效率和质量，提高了工业生产中的产品加工精度，在高速切削的过程中主轴是极为核心的部件，主轴的结构和质量会直接影响工业生产的质量和效率，所以在现代数控铣床的应用过程中，需要加强对主轴结构的设计，提高主轴的质量，从而促进数控铣床的广泛应用。 1 數控铣床主轴结构特点 主轴是数控铣床结构中最为关键和核心的部件，其主要作用是带动刀具高速旋转，从而实现高速切削，完成加工任务，而在切削工作中，主轴的作用也就具体表现为切削力的承受和为机床提供驱动力。由于主轴在数控铣床的工作中发挥着重要的作用，承受了巨大的压力，所以数控铣床的工作过程中，主轴想要实现高速旋转，保证加工的质量和效率就必须对自身的结构进行优化，保证自身的可靠性，也就是说，需要有良好的静动态特性。 数控铣床的主轴具有一定的结构特点，主要包括： （1）主轴的中心为空心，在其中会装弹簧等装置来固定和使用铣刀，方便铣刀的使用； （2）在主轴的前端会设置一个7：24比例的锥形空洞，在断面上会设置用于将主轴转矩数据传输给铣刀的主轴转矩检测装置； （3）在主轴的后部会设置用于铣刀放松的液压缸，在日常为铣刀进行保护； （4）主轴的运转主要依靠齿轮进行，用齿轮进行变速传动； 2 数控铣床主轴结构的设计优化 2.1 进行设计控制
绪论 随着市场上产品更新换代的加快和对零件精度提出更高的要求，传统机床已不能满足要求。数控机床由于众多的优点已成为现代机床发展的主流方向。它的发展代表了一个国家设计、制造的水平，在国内外都受到高度重视。 现代数控机床是信息集成和系统自动化的基础设备，它集高效率、高精度、高柔性于一身，具有加工精度高、生产效率高、自动化程度高、对加工对象的适应强等优点。实现加工机床及生产过程的数控化，已经成为当今制造业的发展方向。可以说，机械制造竞争的实质就是数控技术的竞争。 本课题的目的和意义在于通过设计中运用所学的基础课、技术基础课和专业课的理论知识，生产实习和实验等实践知识，达到巩固、加深和扩大所学知识的目的。通过设计分析比较机床的某些典型机构，进行选择和改进，学习构造设计，进行设计、计算和编写技术文件，达到学习设计步骤和方法的目的。通过设计学习查阅有关设计手册、设计标准和资料，达到积累设计知识和提高设计能力的目的。通过设计获得设计工作的基本技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造一定的条件。
一、设计题目及参数 1.1 题目 本设计的题目是数控车床的主轴组件的设计。它主要由主轴箱，主轴，电动机，主轴脉冲发生器等组成。我主要设计的是主轴部分。 主轴是加工中心的关键部位，其结构优劣对加工中心的性能有很大的影响，因此，在设计的过程中要多加注意。主轴前后的受力不同，故要选用不同的轴承。 1.2参数 床身回转空间400mm 尾架顶尖与主轴端面距离1000mm 主轴卡盘外径Φ200mm 最大加工直径Φ600mm 棒料作业能力50～63mm 主轴前轴承内和110～130mm 最大扭矩480N·m 二、主轴的要求及结构 2.1主轴的要求 2.1.1旋转精度 主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷，低转速的条件下，主轴前端工件或刀具部位的径向跳动和轴向跳动。 主轴组件的旋转精度主要取决于各主要件，如主轴、轴承、箱体孔的的制造，装配和调整精度。还决定于主轴转速，支撑的设计和性能，润滑剂及主轴组件的平衡。 通用（包括数控）机床的旋转精度已有标准规定可循。 2.1.2 静刚度 主轴组件的静刚度（简称刚度）反映组件抵抗静态外载荷变形的能力。影响主轴组件弯曲刚度的因素很多，如主轴的尺寸和形状，滚动轴承的型号，数量，配置形式和预紧，前后支撑的距离和主轴前端的悬伸量，传动件的布置方式，主轴组件的制造和装配质量等。 各类机床主轴组件的刚度目前尚无统一的标准。 2.1.3抗振性 主轴组件工作时产生震动会降低工件的表面质量和刀具耐用度，缩短主轴轴承寿命，还会产生噪声影响环境。 振动表现为强迫振动和自激振动两种形式。
数控机床主轴部件结构 主轴部件是数控机床的核心部件，其运转精确度、耐磨性能、防震性能、机械强度等都会影响到工件加工的质量，再加上操作过程中还会有环境的影响以及人为因素的影响，工件加工的质量就更难得到保证。所以要从可控的方面着手，将一切可控因素都调整到位，比如数控机床的主轴结构设计以及主轴结构的日常维护等。 目前所使用的数控机床类型主要包括数控车床、数控铣床以及工件加工中心。 1.数控车床主轴部件结构特点 （1）主轴的主体结构是一个空心阶梯轴。 （2）主轴的前面部分主要由法兰盘和专门的卡盘结构组成。 （3）主轴的后面部分放置回转油缸。 （4）主轴空心部分用于设置油缸的活塞杆。 （5）车床的传动装置主要有齿轮传动、传送带传送以及齿轮-传送带组合传动等方式。 （6）驱动器主要作用是连接电动机，驱动数控车床的运转。 （7）光电脉冲编码器，用于测量主轴的转动速度，并
及时反馈信息至数控系统。 （8）回转油缸的主要作用是通过调整液压来控制卡盘装置与法兰盘的结合与分离。 2.数控铣床主轴部件结构特点 （1）同数控车床一样，主轴的中心是空心的。 （2）主轴的前面部分是一个比例为7：24的锥型孔洞，并且在端面上设有一对专门的主轴转矩检测装置将主轴转矩数据传输给铣刀。 （3）主轴的后面部分设有液压缸装置用于放松铣刀。 （4）主轴中间的空心部分用于弹簧的安装、以及铣刀固定刀爪的安装等。 （5）主轴的传动装置主要是齿轮传动，而且是变速传动。 （6）电气结构与数控车床相似，驱动器用于连接电动机，驱动数控铣床的运转；光电脉冲编码器，用于测量主轴的转动速度，并及时反馈信息至数控系统；液压缸的主要作用是通过调整液压来控制回路。 3.工件加工中心主轴部件结构特点 工件加工中心主轴部件的大致结构与数控铣床相类似，唯一不同的地方在于工件加工中心自带刀库和自动换刀的装置，自动化程度相对较高，在控制结构上与数控铣刀会有所不同，具体表现在：
第三章典型部件设计 1.主轴部件应满足那些基本要求？ 答：主轴部件应满足的基本要求有旋转精度、刚度、抗振性、温升热变形和精度保持性等。主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转动条件下，在安装工件或刀具的主轴部位的径向和轴向跳动。旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔等的制造、装配和调整精度。主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下抵抗变形的能力，通常以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移方向上所施加的作用力来定义，主轴部件的刚度是综合刚度，它是主轴、轴承等刚度的综合反映。主轴部件的抗振性是指抵抗受迫振动和自激振动的能力。主轴部件的振动会直接影响工件的表面加工质量，刀具的使用寿命，产生噪声。主轴部件的精度保持性是指长期地保持其原始制造精度的能力，必须提高其耐磨性。 2.主轴轴向定位方式有那几种？各有什麽特点？适用场合 答：（1）前端配置两个方向的推力轴承都分布在前支撑处；特点：在前支撑处轴承较多，发热大，升温高；但主轴承受热后向后伸，不影响轴向精度；适用场合：用于轴向精度和刚度要求较高的高精度机床或数控机床。 （2）后端配置两个方向的推力轴承都布置在后支撑处；特点：发热小、温度低，主轴受热后向前伸长，影响轴向精度；适用范围：用于普通精度机床、立铣、多刀车床。 （3）两端配置两个方向的推力轴承分别布置在前后两个支撑处；特点：这类配置方案当主轴受热伸长后，影响轴承的轴向间隙，为避免松动，可用弹簧消除间隙和补偿热膨胀；适用范围：用于短主轴，如组合机床。 （4）中间配置两个方向的推力轴承配置在前支撑后侧；特点：此方案可减少主轴的悬伸量，使主轴热膨胀后向后伸长，但前支撑结构复杂，温升可能较高。3.试述主轴静压轴承的工作原理 答：主轴静压轴承一般都是使用液体静压轴承，液体静压轴承系统由一套专用供油系统、节流器和轴承三部分组成。静压轴承由供油系统供给一定压力油，输进轴和轴承间隙中，利用油的静压压力支撑载荷、轴颈始终浮在压力油中。所以，轴承油膜压强与主轴转速无关，承载能力不随转速而变化。静压轴承与动压轴承相比有如下优点：承载能力高；旋转精度高；油膜有均化误差的作用，可提高加工精度；抗振性好；运转平稳；既能在极低转速下工作，也能在极高转速下工作；摩擦小，轴承寿命长。
新疆工程学院机械工程系毕业设计（论文）任务书 学生姓名专业班级机电一体化09-11（1）班设计(论文)题目数控机床主传动系统及主轴设计 接受任务日期2012年2月29日完成任务日期2012年4月9日指导教师指导教师单位机械工程系 设 计(论文)内容目标 培养学生综合应用所学的基本理论，基础知识和基本技能进行科学研究能力的初步训练；培养和提高学生分析问题，解决问题能力。通过毕业设计，使学生对学过的基础理论和专业知识进行一次全面地系统地回顾和总结。通过对具体题目的分析和设计，使理论与实践结合，巩固和发展所学理论知识，掌握正确的思维方法和基本技能。 设计(论文)要求 1．论文格式要正确。 2．题目要求：设计题目尽可能选择与生产、实验室建设等任务相结合的实际题目，完成一个真实的小型课题或大课题中的一个完整的部分。 3．设计要求学生整个课题由学生独立完成。 4．学生在写论文期间至少要和指导老师见面5次以上并且和指导教师随时联系，以便掌握最新论文的书写情况。 论文指导记录 2012年3月1号早上9：30-12：00在教室和XX老师确定题目。2012年3月6日早上10：00-12:00在教室确定论文大纲与大纲审核。2012年3月13日早上10:00-12：00在教室确定论文格式。 2012年3月20日早上9：30-12:00在教室对论文一次修改。 2012年3月27日早上9：30-12:00在教室对论文二次修改。 2012年4月6日早上9：30-12：30在教室对论文三次修改。 2012年4月9日早上9:30-12：00在教室老师对论文进行总评。 参考资料[1]成大先.机械设计手册-轴承[M].化学工业出版社 2004.1 [2]濮良贵纪名刚.机械设计[M].高等教育出版社 2006.5 [3]李晓沛张琳娜赵凤霞. 简明公差标准应用手册[M].上海科学技术出版社 2005.5 [4]文怀兴夏田.数控机床设计实践指南[M].化学工业出版社 2008.1 [5][日]刚野修一(著). 杨晓辉白彦华(译) .机械公式应用手册[M].科学出版社 2004
加工中心总体、主轴部件及立柱设计 摘要 加工中心是一种具有刀库并能自动更换刀具对工件进行多工序加工的数控机床。它是适应省力、省时和节能的时代要求而迅速发展起来的高科技产品，综合了数控铣床、数控镗床、数控钻床多功能的加工设备。 基于加工中心的迅速发展，本次毕业设计的任务是设计加工中心总体、主轴部件及立柱。加工中心的总体设计主要是通过设计各部件之间的尺寸联系来满足它们之间的位置关系要求。主轴部件是机床的重要部件之一。它是机床的执行件，其功用是支承并带动工件或刀具旋转进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，从而完成表面成形运动。主轴部件由主轴及其支承和安装在主轴上的传动件、密封件等组成。加工中心立柱主要是对主轴箱起到支承作用，满足主轴Z向运动。根据对立柱的结构、性能及其经济性的要求，采用井字型的内腔结构。 加工中心的设计符合数控机床高速化、高精度化、智能化、系统化与高可靠性等发展趋势。目前，加工中心已成为现代机床发展的主流方向，广泛应用于机械制造中。 关键词：加工中心，主轴，轴承，立柱
DESIGN OF THE OVERALL , SPINDLE ASSEMBLY AND COLUMN OF MACHININING CENTER ABSTRACT Machining center (MC) is a kind of CNC machine with tool magazine. It can perform the multi-processing of workpiece by change cutting tool automatically. It is the high-tech product developed to adapt to the requirements for effort-saving and time-saving, and the multi-function equipment which integrated CNC milling machine with CNC boring and drilling machines. The tasks of graduation design are to design the overall of machine, the spindle assembly and column. The purpose of MC overall design is to establish the dimension relation between components. Spindle assembly is one of the important parts of the machine. It is the executive pieces, and its function is to support and carry the workpiece or rotary cutting tools, and bear the cutting force. The spindle assembly consists of the spindle and its support, the transmission members, seals and other components mounted on it. The function of MC column is to support the headstock to satisfy the movement of Z-axis. Based on the performance requirements of the structure and the economy, Column is of the cross-type structure inside. The design of MC is consistent with the development trend in high-speed, high precision, intelligent, and high reliability of CNC machine tools. Currently, MC stands for the main development direction of modern machine tool, which is widely used in machine manufacturing. KEYWORDS: machining center, spindle, bearing, column
Weitere Baugruppen Seite Further assemblies Page Elements de montage supplement Page Luftregelung Air regulation 3 Regulation d`air ?lschl?uche Oil hoses 9 Flexibles fioul Feuerungsautomaten Burner controls 23 Coffret de securité?lvorw?rmer Oil preheater 26 Rechauffeurs Ersatzteile für Weishaupt Brenner Typen R und G Gr??en 1 und 3 Spare parts for Weishaupt burner types R and G Sizes 1 and 3Pièces de rechange pour br?leurs types Weishaupt R et G Grandeurs 1 et 3 Januar 2002 unverbindliche Preisempfehlung Bitte geben sie in der Bestellung an:– Bezeichnung des Ersatzteiles – Bestellnummer – Brennertyp – Fabriknummer Kindly indicate in the order:– Designation of the spare part – Order-No.– Burner type – Manufacturing-No. Indiquer également:– Désignation de la pièce – No de référence – Type br?leur – No de fabrication
抛光机主轴传动系统及主轴部件设计 目录 1引言1 1.1抛光机-机械概述3 1.2课题的来源及意义3 1.3本课题所涉及的问题在国内（外）的研究现状3 1.4设计方案的确定4 1.4.1总体方案设计要求4 1.4.2设计参数5 1.4.3总体方案的确定5 1.4.4机床传动方案简图5 2摆轴调节部件的设计6 2.1概述6 2.2磨削力的计算8 2.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型8 F8 2.3.1计算进给牵引力 m 2.3.2计算最大动载荷C9 2.3.4刚度验算11 3主轴的设计与校核14 3.1选择主轴的材料确定许用应力14 3.2轴的结构设计14 3.3按弯矩合成强度校核轴的强度18 3.4按疲劳强度安全系数校核轴的强度19 4减速器与步进电机的选择21 4.1减速器的选择21 5滚动轴承的选择和计算23 6键联接的选择和强度校核24 7润滑与密封及紧固件的选用25 7.1润滑与密封25 致谢26
附 录 常用量的名称﹑单位﹑符号及换算关系 W 3600(/180)π''=2)C 2m h C m h C 注：⑴ 暂时用于对废除单位的换算。 ⑵ 压力﹑压强的单位均为单位面积上的力，本书均使用压力。 ⑶“相对密度”定义为“在所规定的条件下，某物质的密度（单位为3 /kg m ）与参考物质的密度之比”。它是无量纲的量。在未指明参考物质时均指4C 的蒸馏水而言。
1引言 1.1抛光机-机械概述 抛光机操作的关键是要设法得到最大的抛光速率，以便尽快除去磨光时产生的损伤层。同时也要使抛光损伤层不会影响最终观察到的组织，即不会造成假组织。前者要求使用较粗的磨料，以保证有较大的抛光速率来去除磨光的损伤层，但抛光损伤层也较深；后者要求使用最细的材料，使抛光损伤层较浅，但抛光速率低。 1.2课题的来源及意义 主轴传动系统及主轴部件作为高速磨削机床中最关键的部件，其性能的好坏在很大程度上决定了整台磨削机床的加工精度和生产效率，因此各工业国家都十分关注主轴传动系统及主轴部件的设计，纷纷投入巨资，装备精良的加工和测试设备，建立恒温、洁净的装配环境，形成了不少专业生产基地。我国目前还尚未形成批量模块化，其主轴的各项性能指标和国外尚有较大的差距。为了加快我国高速加工技术的发展与应用，加速数控磨床产品的更新换代，今天研究和设计磨床的主轴传动系统及主轴部件则有着很强的现实意义。 1.3本课题所涉及的问题在国内（外）的研究现状 在现代工业生产中，零件的复杂程度和精度要求迅速提高，传统的普通机床已经越来越难以适应现代化生产的要求，而数控机床具有高精度、高效率、一机多用，可以完成复杂型面加工的特点，特别是计算机技术的迅猛发展广泛应用于数控系统中，数控装置的基本功能几乎全由软件来实现，硬件几乎能通用，从而使其更具加工柔性，功能更加强大。 抛光机亦称研磨机，其工作原理是电机带动抛光盘高速旋转，由于抛光盘上的海绵、羊毛和抛光剂共同作用，与待抛表面保持摩擦，进而达到去除漆面污染、氧化层、浅划痕的目的。我国目前仍以手工研磨抛光为主，该方法不需要特殊的设备，适应性比较强，主要依赖于操作者的经验技艺水平，不仅效率低，且工人劳动强度大，质量不稳定，周期长，工人作业环境差。特别是模具表面的精加
引言 装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度, 数控技术及装备是发展高新技术产业和尖端工业（如：信息技术及其产业，生物技术及其产业，航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。制造技术和装备是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术则是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政 卒 策。 数控机床技术的发展自1953年美国研制出第一台三坐标方式升降台数控铣床算起，至今已有很多年历史了。20世纪90年开始，计算机技术及相关的微电子基础工业的高速发展，给数控机床的发展提供了一个良好的平台，使数控机床产业得到了高速的发展。我国数控技术研究从1958年起步，国产的第一台数控机床是第一机床厂生产的三坐标数控铣床。虽然从时间上看只比国外晚了几年，但由于种种原因，数控机床技术在我国的发展却一直落后于国际水平，到1980年我国的数控机床产量还不到700台。到90年代，我国的数控机床技术发展才得到了一个较大的提速。目前，与国外先进水平相比仍存在着较大的差距。 总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。
1 绪论 1.1 加工中心的发展状况 1.1.1 加工中心的国外发展对于高速加工中心，国外机床在进给驱动上，滚珠丝杠驱动的加工中心快速进给大多在40m/min以上，最高已达到90m/min。采用直线电机驱动的加工中心已实用化，进给速度可提高到80?100m/min,其应用围不断扩大。国外高速加工中心主轴转速一般都在12000?25000r/min，由于某些机床采用磁浮轴承和空气静压轴承，预计转速上限可提高到100000r/min 。国外先进的加工中心的刀具交换时间，目前普遍已在1s左右，高的已达0.5s，甚至更快。在结构上，国外的加工中心都采用了适应于高速加工要求的独特箱中箱结构或龙门式结构。在加工精度上，国外卧式加工中心都装有机床精度温度补偿系统，加工精度比较稳定。国外加工中心定位精度基本上按德国标准验收，行程1000mr以下，定位精度可控制在0.006?0.01mm 之0 此外，为适应未来加工精度提高的要求，国外不少公司还都开发了坐标镗精度级的加工中心。 相对而言，国生产的高速加工中心快速进给大多在30m/min左右，个别达到 60m/mi n。而直线电机驱动的加工中心仅试制出样品，还未进入产量化，应用围不广。国高速加工中心主轴转速一般在6000?18000r/min ，定位精度控制在0.008 ?0.015mn之，重复定位精度控制在0.005?0.01mm之。在换刀速度方面，国机床多在4?5s，无法与国际水平相比。 虽然国产数控机床在近几年中取得了可喜的进步，但与国外同类产品相比，仍存在着不少差距，造成国产数控机床的市场占有率逐年下降。 国产数控机床与国外产品相比，差距主要在机床的高速、高效和精密上。除此之外，在机床可靠性上也存在着明显差距，国外机床的平均无故障时间（MTBF都在5000小时以上，而国产机床大大低于这个数字，国产机床故障率较高是用户反映最强烈的问题之一。 1.1.2 立式加工中心的研究进展
课题一认识数控机床主轴零部件任务一认识数控机床主轴零部件 应用实例 如图1所示是数控加工中心主轴照片，图2是其主轴。 图1数控加工中心（含主轴部分） 图2数控加工中心主轴图3数控车床中的主轴
一、轴 1 轴的分类及轴上零件的固定 (1)轴的分类 轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。按照轴的曲线形状，轴可以分为直轴、曲轴和软轴，如图4所示： 图4轴的分类 （2）轴上零件的固定 轴承在轴上和外壳孔内定位方式的选择，取决于作用在轴上负荷的大小和方向，轴 承的转速，轴承的类型，轴承在轴上的位置等。 轴承的轴向定位方式有圆螺母定位，弹性挡圈定位，紧定螺钉定位，锁紧挡圈定位，圆锥面定位，轴端挡圈定位。如图5图所示： 图5轴承的轴向定位方式
轴承的周向定位方式有键连接，花键连接，销连接，无键连接，过盈连接。如图6图所示： 图6轴承的周向定位方式 2 轴的加工工艺性 轴类零件加工工艺要求保证轴的尺寸精度、几何形状精度、相互位置精度、表面粗糙度等。此外，轴的加工还需要考虑轴的安装和定位，因此需要考虑加工出退刀槽、越程槽、键槽。 图7轴的加工工艺性
3 主轴端部的结构形状 主轴端部用于安装刀具或夹持工件的夹具，在结构上，应能保证定位猴确、安装可靠、连接牢固、装卸方便，并能传递足够的扭矩。主轴端部的结构形状都已标准化。几种机床上通用的结构形式。车床主轴端部的结构形状和铣床主轴端部的结构形状图如图8所示。 图8主轴端部的结构形状 4 主轴结构常用材料 主轴结构常用材料如表1所示： 表1主轴结构常用材料 想一想 1.轴的作用是什么？对轴有哪些要求？ 2.阶梯轴有哪些结构？ 3.试述轴上零件的轴向固定方式及特点。
山东科技大学 毕业设计（论文）指导书 课题名称：机床主轴箱部件及组件设计指导书 学院(部) 机电系 专业 班级 学生姓名 学号 2014 年2月 24日至 6 月 8 日共 16 周 指导教师（签字）郭秀欣 教研室主任（签字）
车床主轴箱部件及其组件设计步骤 基本要求 1、参数拟定：确定公比，主电动机功率P。 2、运动设计：列出结构式，绘出结构网、转速网、传动系统图，计算各传动副的传动比及齿轮的齿 数。 3、强度计算和结构草图设计：估算齿轮模数m和轴径d，选择和计算正反向离合器、制动器，绘 制出结构草图。在结构草图的基础上，对根轴进行强度验算，或对主轴进行刚度验算和该轴系的轴承寿命进行验算。 4、主轴变速箱装配设计：在结构草图的基础上，用计算机绘出主轴箱展开图一张， 或主轴箱截面一张，或主轴组件图一张,标注尺寸和配合。 5、绘制若干零件图。 6、编写设计计算说明书一份（2万字左右，全部用计算机打印出）。 内容应包括参数、运动设计的分析和拟定，动力计算、轴和轴承的验算，此外，还应对重要结构的选择和分析做必要的说明。 一、设计的目的 通过本设计的训练： 1、使学生初步掌握机床的运动设计（包括主轴箱、变速箱传动链） 2、初步掌握机床的动力计算（包括确定电机型号，主轴、传动轴、齿轮的计算转速），以及关键零部 件的强度校核，获得工程师必备设计能力的初步训练，从而提高分析问题、解决问题尽快适应工程实践的能力。 3、其目的在于通过设计，使学生在拟定传动和变速的结构的结构方案过程中，得到设计构思，方案分 析，结构工艺性，运用机械制图，机械设计基础、金属切削机床、精度设计、金属工艺学、材料热处理及结构工艺、零件计算等相关知识，进行工程设计的能力。 4、培养学生使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力，提高技术总结及编制技术文件的能力。 从而得到编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练， 5、使学生树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，培养学生具有初步的结构分析，结构设计和计 算的能力。巩固大学期间本专业所学到的专业基础课及专业课涉及到的内容。强化计算机绘图的操作训练。
XX大学 课程设计(论文) 最大加工直径为250mm的普通车床的主轴箱部件设计 所在学院 专业 班级 姓名 学号 指导老师 年月日
摘要 本设计着重研究机床主传动系统的设计步骤和设计方法，根据已确定的运动参数以变速箱展开图的总中心距最小为目标，拟定变速系统的变速方案，以获得最优方案以及较高的设计效率。在机床主传动系统中，为减少齿轮数目，简化结构，缩短轴向尺寸，用齿轮齿数的设计方法是试算，凑算法，计算麻烦且不易找出合理的设计方案。本文通过对主传动系统中三联滑移齿轮传动特点的分析与研究，绘制零件工作图与主轴箱展开图及剖视图。 关键词:传动系统设计,传动副，结构网，结构式，
目录 摘要 (2) 目录 (3) 第1章绪论 (5) 1.1 课程设计的目的 (5) 1.2课程设计的内容 (5) 1.2.1 理论分析与设计计算 (5) 1.2.2 图样技术设计 (5) 1.2.3编制技术文件 (5) 1.3 课程设计题目、主要技术参数和技术要求 (5) 第2章车床参数的拟定 (7) 2.1车床主参数和基本参数 (7) 2.2车床的变速范围R和级数Z (7) 2.3确定级数主要其他参数 (7) 2.3.1 拟定主轴的各级转速 (7) 2.3.2 主电机功率——动力参数的确定 (7) 2.3.3确定结构式 (7) 2.3.4确定结构网 (8) 2.3.5绘制转速图和传动系统图 (8) 2.4 确定各变速组此论传动副齿数 (9) 2.5 核算主轴转速误差 (11) 第3章传动件的计算 (11) 3.1 带传动设计 (11) 3.2选择带型 (12) 3.3确定带轮的基准直径并验证带速 (13) 3.4确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角 (13) 3.5确定带的根数z (14) 3.6确定带轮的结构和尺寸 (14)
机床的主轴部件 班级：09机械1班姓名：苏汉生学号：0915020045 指导老师：陈从桂 一、功能设计 大多数机床都具有主轴部件。有的机床只有一个主轴部件，有得则有多个。机床主轴指的是机床上带动工件或刀具旋转的轴。通常由主轴、轴承和传动件（齿轮或带轮）等组成主轴部件。除了刨床、拉床等主运动为直线运动的机床外，大多数机床有主轴部件。主轴部件的运动精度和结构刚度是决定加工质量和切削效率的因素。衡量主轴部件性能的指标主要是旋转精度、刚度和速度适应性。①旋转精度：主轴旋转时在影响加工精度的方向上出现的径向和轴向跳动（见形位公差），主要决定于主轴和轴承的制造和装配质量。②动、静刚度：主要决定于主轴的弯曲刚度、轴承的刚度和阻尼。③速度适应性：允许的最高转速和转速范围，主要决定于轴承的结构和润滑，以及散热条件。 主轴部件是机床的执行件，它的功用是支承并带动工件或刀具，完成表面成形运动，同时还起传递运动和扭矩、承受切削力和驱动力等载荷的作用。 数控机床的主轴部件要求有高的精度、刚度和热稳定性，还应满足数控机床所持有的结构要求。如对于自动换刀的数控机床，为了实现刀具在主轴上的自动装卸与夹持，还必须有刀具的自动夹紧装置、主轴准停和主轴孔的清理装置等结构。 二、原理结构设计 （1）主轴的传动方式：对于机床主轴，传动件的作用是以一定的功率和最佳切削速度完成切削加工。按传动功能不同可将主传动作如下分类： 1.有变速功能的传动：为了简化结构、在传动设计时，将主轴当做传动变速组，常用变速副是滑移齿轮组。为了保证主轴传动精度及动平衡，可将固定齿轮装于主轴上或在主轴上装换档离合器，这类传动副多装与两支承中间。对于不频繁的变速，可用交换齿轮、塔轮结构等，此时变速传动副多装于主轴尾端。 2.固定变速传动方式：这种传动方式是为了将主轴运动速度（或扭矩）调整到适当范围。考虑到受力和安装、调整的方便，固定传动组可装在两支承之外，尽量靠近某一支承，以减少对主轴的弯矩作用，或采用卸荷机构。常用的传动方式有齿轮方式、带传动、链传动等。 3.主轴功能部件：将原动机与主轴传动合为一体，组成一个独立的功能部件，如用于磨削加工的各类磨床用主轴部件或用于组合机床的标准主轴组（又称主轴单元）。它们的共同特点是主轴本身无变速功能，主轴转速的调节可采用机械变速器或与电气、液（气）压控制等方式，但可调范围小。 （2）主轴轴承的选择：轴承是主轴部件中的重要组成部分，它的类型、结构、配置、精度、安装、调整以及润滑等特征都直接影响到主轴部件的工作性能。应根据主轴部件在旋转精度、刚度、承载能力以及转速等方面的要求来选择轴承的类型、组合以及配置形式。同时还应考虑轴承的供应情况、经济性等因素。主轴轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两大类。 在一般情况下，主轴应尽量采用滚动轴承，特别是立式主轴，用滚动轴承可以采用脂润滑以避免漏油。只有在要求加工表面粗糙数值较小，主轴又是水平布置时
机械制造装备设计第二章习题答 案（关慧贞） 第三章典型部件设计 1.主轴部件应满足那些基本要求？ 答：主轴部件应满足的基本要求有旋转精度、刚度、抗振性、温升热变形和精度保持性等。主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转动条件下，在安装工件或刀具的主轴部位的径向和轴向跳动。旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔等的制造、装配和调整精度。主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下抵抗变形的能力，通常以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移方向上所施加的作用力来定义，主轴部件的刚度是综合刚度，它是主轴、轴承等刚度的综合反映。主轴部件的抗振性是指抵抗受迫振动和自激振动的能力。主轴部件的振动会直接影响工件的表面加工质量，刀具的使用寿命，产生噪声。主轴部件的精度保持性是指长期地保持其原始制造精度的能力，必须提高其耐磨性。 2.主轴轴向定位方式有那几种？各有什麽特点？适用场合 答：（1）前端配置两个方向的推力轴承都分布在前支撑处；特点：在前支撑处 轴承较多，发热大，升温高；但主轴承受热后向后伸，不影响轴向精度；适用场合：用于轴向精度和刚度要求较高的高精度机床或数控机床。 （2）后端配置两个方向的推力轴承都布置在后支撑处；特点：发热小、温度低，主轴受热后向前伸长，影响轴向精度；适用范围：用于普通精度机床、立铣、多刀车床。（3）两端配置两个方向的推力轴承分别布置在前后两个支撑处；特点：这类配置方案当主轴受热伸长后，影响轴承的轴向间隙，为避免松动，可用弹簧消除间隙和补偿热膨胀；适用范围：用于短主轴，如组合机床。
（4）中间配置两个方向的推力轴承配置在前支撑后侧；特点：此方案可减少主轴的悬伸量，使主轴热膨胀后向后伸长，但前支撑结构复杂，温升可能较高。 3.试述主轴静压轴承的工作原理 答：主轴静压轴承一般都是使用液体静压轴承，液体静压轴承系统由一套专用供油系统、节流器和轴承三部分组成。静压轴承由供油系统供给一定压力油，输进轴和轴承间隙中，利用油的静压压力支撑载荷、轴颈始终浮在压力油中。所以，轴承油膜压强与主轴转速无关，承载能力不随转速而变化。静压轴承与动压轴承相比有如下优点：承载能力高；旋转精度高；油膜有均化误差的作用，可提高加工精度；抗振性好；运转平稳；既能在极低转速下工作，也能在极高转速下工作；摩擦小，轴承寿命长。
优秀设计 目录 前言 (1) 第一章加工中心介绍 (5) 1.1加工中心 (5) 1.1.1加工中心简介 (5) 1.1.2 加工中心的特点和用途 (6) 1.1.3．加工中心的工作原理 (7) 1.1.4加工中心的主轴部件 (7) 1.1.4.1主轴部件精度 (7) 1.1.4.2 主轴部件结构 (8) 第二章传感器介绍与选择 (12) 2.1．传感器简介 (12) 2.2传感器的选取 (14) 2.2.1.1磁电式转速传感器的工作原理 (14) 2.2.1.2磁电式转速传感器的型号和技术参数： (15) 2.2.1.7 KMI15-1磁电阻式转速传感器技术参数 (20) 2.2.2加工中心主轴运行轨迹的监测： (20) 2.2.2.1.电涡流位移（振动）传感器的工作原理及特点 (20) 2.2.2.2 M307997电涡流位移传感器参数 (21) 2.2.3对加工中心主轴齿轮轴向移动的监测 (21) 2.2.3.1 KMZ10B传感器介绍 (21) 2.2.3.2 KMZ10B 传感器参数 (21) 第三章信息采集与处理 (22) 3.1 A/D转换器的分类与性能指标 (22) 3.1.1 A/D转换器分类 (22) 3.2 A/D转换器和单片机 (23) 3.2.1 ADC0804转换器： (23) 3.2.2 AT89C51单片机 (25) 3.2.3 AD转换器与AT89C51单片机接口电路图: (26) 3.3 与PC机通信接口 (26)
3.3.1 MAX487芯片介绍 (27) 第四章加工中心主轴组件的监测的实验分析 (28) 4.1 DRVI可重构虚拟仪器实验平台介绍： (28) 4.2加工中心-轴心轨迹测量： (28) 4.3加工中心主轴-磁电传感器转速测量： (30) 总结 (34) 致谢 (35) 参考文献 (36)
数控机床的主轴部件 主轴部件是机床的重要部件之一，其精度、抗振性和热变形对加工质量有直接影响。特别是数控机床在加工过程中不进行人工调整，这些影响就更为严重。数控机床主轴部件在结构上要解决好主轴的支承、主轴内刀具自动装夹、主轴的定向停止等问题。 1．主轴的支承 数控机床主轴的支承主要采用图8-5所示的三种主要形式。图8-5a所示结构的前支承采用双列短圆柱滚子轴承和双向推力角接触球轴承组合，后支承采用成对向心推力球轴承。这种结构的综合刚度高，可以满足强力切削要求，是目前各类数控机床普遍采用的形式。图8-5b所示结构的前支承采用多个高精度向心推力球轴承，后支承采用单个向心推力球轴承。这种配置的高速性能好，但承载能力较小，适用于高速、轻载和精密数控机床。图8-5c所示结构为前支承采用双列圆锥滚子轴承，后支承为单列圆锥滚子轴承。这种配置的径向和轴向刚度很高，可承受重载荷，但这种结构限制了主轴最高转速和精度，因而仅适用于中等精度、低速与重载的数控机床主轴。 主轴内部刀具自动夹紧机构是数控机床特别是加工中心的特有机构。图8-6为ZHS-K 63加工中心主轴结构部件图，其刀具可以在主轴上自动装卸并进行自动夹紧，其工作原理如下：当刀具2装到主轴孔后，其刀柄后部的拉钉3便被送到主轴拉杆7的前端，在碟形弹簧9的作用下，通过弹性卡爪5将刀具拉紧。当需要换刀时，电气控制指令给液压系统发出信号，
使液压缸14的活塞左移，带动推杆13向左移动，推动固定在拉杆7上的轴套10，使整个拉杆7向左移动，当弹性卡爪5向前伸出一段距离后，在弹性力作用下，卡爪5自动松开拉钉3，此时拉杆7继续向左移动，喷气嘴6的端部把刀具顶松，机械手便可把刀具取出进行换刀。装刀之前，压缩空气从喷气嘴6中喷出，吹掉锥孔内脏物，当机械手把刀具装入之后，压力油通人液压缸14的左腔，使推杆退回原处，在碟形弹簧的作用下，通过拉杆7又把刀具拉紧。冷却液喷嘴1用来在切削时对刀具进行大流量冷却。
主轴部件是机床的重要部件之一，其精度、抗振性和热变形对加工质量有直接影响。特别是如果数控机床在加工过程中不进行人工调整，这些影响将更为严重。数控机床主轴部件在结构上要解决好主轴的支承、主轴内刀具自动装夹、主轴的定向停止等问题。 数控机床主轴的支承主要采用图8-5所示的三种主要形式。图8-5a所示结构的前支承采用双列短圆柱滚子轴承和双向推力角接触球轴承组合，后支承采用成对向心推力球轴承。这种结构的综合刚度高，可以满足强力切削要求，是目前各类数控机床普遍采用的形式。图8-5b所示结构的前支承采用多个高精度向心推力球轴承，后支承采用单个向心推力球轴承。这种配置的高速性能好，但承载能力较小，适用于高速、轻载和精密数控机床。图8-5c所示结构为前支承采用双列圆锥滚子轴承，后支承为单列圆锥滚子轴承。这种配置的径向和轴向刚度很高，可承受重载荷，但这种结构限制了主轴最高转速和精度，因而仅适用于中等精度、低速与重载的数控机床主轴。 主轴内部刀具自动夹紧机构是数控机床特别是加工中心的特有机构。图8-6为ZHS-K63加工中心主轴结构部件图，其刀具可以在主轴上自动装卸并进行自动夹紧，其工作原理如下：当刀具2装到主轴孔后，其刀柄后部的拉钉3便被送到主轴拉杆7的前端，在碟形弹簧9的作用下，通过弹性卡爪5将刀具拉紧。当需要换刀时，电气控制指令给液压系统发出信号， 使液压缸14的活塞左移，带动推杆13向左移动，推动固定在拉杆7上的轴套10，使整个拉杆7向左移动，当弹性卡爪5向前伸出一段距离后，在弹性力作用下，卡爪5自动松开拉钉3，此时拉杆7继续向左移动，喷气嘴6的端部把刀具顶松，机械手便可把刀具取出进行换刀。装刀之前，压缩空气从喷气嘴6中喷出，吹掉锥孔内脏物，当机械手把刀具装入之后，压力油通人液压缸14的左腔，使推杆退回原处，在碟形弹簧的作用下，通过拉杆7又把刀具拉紧。冷却液喷嘴1用来在切削时对刀具进行大流量冷却。 主轴部件是机床的重要部件之一，其精度、抗振性和热变形对加工质量有直接影响。特别是如果数控机床在加工过程中不进行人工调整，这些影响将更为严重。数控机床主轴部件在结构上要解决好主轴的支承、主轴内刀具自动装夹、主轴的定向停止等问题。
主轴部件设计报告 11级机械一班次仁措姆 19920112203596 一、主轴部件介绍 主轴部件是机床重要部件之一，它是机床的执行件，由主轴及其支撑轴承，传动件，密封件及定位元件等组成。主轴部件的工作性能对整机性能和加工质量以及机床生产率有着直接影响，是决定性能和技术经济指标的重要因素。因此，对主轴部件要有较高的要求。 二、主轴部件因满足的基本要求 （1）旋转精度主轴的旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔等的制造、装配和调整精度。 （2）刚度主轴部件的刚度刚度是综合刚度，它是轴，轴承等刚度的综合反映。因此，主轴的尺寸和形状，轴承的类型和数目、预紧和配置形式、传动件的布置方式、主轴部件的制造和装配质量等影响主轴部件的刚度。 主轴静刚度（如果引起弹性变形的作用力是静力Y j，则由此力很变形所确定的刚度称为静刚力）不足对加工精度和机床性能有直接影响，并会影响主轴部件中的齿轮、轴承的正常工作，降低工作性能和寿命，影响机床抗震性，容易引起切削颤振，降低加工质量。 抗震性影响主轴部件抗震性的主要因素是主轴部件的静刚度，质量分布以及阻尼。主轴部件的低价固有频率与振型是其抗震性的主要评价指标。低价固有频率应远高于激振频率，使其不容易发生共振。 （4）温升和热变形主轴热变形可引起主轴间隙变化，润滑油温度升高会使粘度降低，这些变化会引起主轴部件的工作性能，降低加工精度。因此在各种类型的机床对温度要有一定的限制。如高精度机床，连续运转下的允许温 度为8～10C ，精密机床15～20C ，普通机床30～40C 。 （5）精度保持性主轴部件丧失其原始精度的主要原因是磨损。要长期保持主轴部件的精度，必须提高其耐磨性。对耐磨性影响较大的因素有主轴的材料、轴承的材料、热处理方法、轴承类型及润滑防护方式等。 三、主轴部件的传动方式 主轴部件的传动方式主要有齿轮传动、带传动、电动机直接驱动等。主轴传动方式的选择，主要决定于主轴的转速、所传递的转矩、对运动平稳性的要求以及结构紧凑、装卸维修方等要求。 （1）齿轮传动齿轮传动结构简单、紧凑，能传递较大的转矩，能适应变转速、变载荷工作，应用最广。它的缺点是线速度不能国药。 （2）带传动带传动是靠摩擦力传动，结构简单、制造容易、成本低，特别适用于中心距较大的两轴间传动。带有弹性，可吸振，传动平稳，噪声小，适宜高速传动。带传动在载荷中会打滑，能起到过载保护作用。缺点是有滑动，不能用在速比要求准确的场合。 （3）电动机直接驱动方式 四、主轴部件的结构 （一）主轴部件的支承数目 （1）前后两个支承