数控机床主轴设计

数控车床主轴箱设计一、设计题目Φ400 毫米数控车床主轴箱设计。

主轴最高转速4000r/min ，最低转速30r/min ，计算转速 150r/min ，最大切削功率 5.5kw。

采用交流调频主轴电机，其额定转速 1500r/min ，最高转速 4500r/min 。

二、主轴箱的结构及作用主轴箱是机床的重要的部件，是用于布置机床工作主轴及其传动零件和相应的附加机构的。

主轴箱采用多级齿轮传动，通过一定的传动系统，经主轴箱内各个位置上的传动齿轮和传动轴，最后把运动传到主轴上，使主轴获得规定的转速和方向。

主轴箱为数控机床的主要传动系统它包括电动机、传动系统和主轴部件它与普通车床的主轴箱比较，相对来说比较简单只有两极或三级齿轮变速系统，它主要是用以扩大电动机无级调速的范围，以满足一定恒功率、和转速的问题。

三、主传动系设计机床主传动系因机床的类型，性能，规格尺寸等基本因素的不同，应满足的要求也不一样。

再设计时结合具体机床进行具体分析，一般应满足下属基本要求：1）满足机床使用性能要求。

首先应满足机床的运动性能能，如机床的主轴有足够的转速范围和转速级数。

传动系设计合理，操纵方便灵活、迅速、安全可靠等。

2）满足机床传递动力要求。

主电动机和传动机构能提供和传递足够的功率和转矩，具有较高的传动效率。

3）满足机床工作性能要求。

主传动中所有零部件要有足够的刚度、精度、和抗振性，热变形特性稳定。

4）满足产品设计经济性的要求。

传动链尽可能简短，零件数目要少，以节省材料，降低成本。

5）调整维修方便，结构简单、合理、便于加工和装配。

防护性能好，使用寿命长。

四、主传动系传动方式由题目知，我们设计的主轴箱传动方式为交流电动机驱动、机械传动装置的无级变速传动。

再者，本题目中对精度要求一般，因此选用集中传动方式。

另外主轴箱结构设计只需达到结构紧凑，便于集中操作，安装调整方便即可。

五、电动机的选择按驱动主传动的电动机类型可分为交流电动机驱动和直流电动机驱动。

数控机床主轴箱设计毕业设计（论文）任务书摘要主轴箱为数控机床的主要传动系统，它包括电动机、传动系统和主轴部件，它与普通车床的主轴箱比较，相对来说比较简单只有两极或三级齿轮变速系统，它主要是用以扩大电动机无级调速的范围，以满足一定恒功率、和转速的问题。

本设计采用北京数控设备厂的BESK-8型交流主轴电动机，最高转速是4500r/min。

通过给定的技术参数来初步设定部分轴、齿轮等单元的结构尺寸，对传动系统进行理论力学分析，精确计算选定尺寸及材料，由电机转速传动至进给系统的参数反馈，校核所选定主轴和转动轴尺寸的合理性完成整体结构设计，最后对齿轮进行了验算以及V型带的、离合器的选择与计算。

通过本次设计，使数控机床结构更加紧凑，性能更加优越，生产加工更加精密，有利于改善数控机床的性能，使得产品的加工更加高效。

关键词：数控机床；主轴箱；交流调速电动机；BESK-8AbstractFor the spindle box of NC machine tool main transmission system which comprises a motor, the transmission system and the spindle, it with ordinary lathe spindle box is relatively simple, only two or three stage gear transmission system, it is mainly used to expand the range of stepless speed regulation of motor, to meet a certain constant power, and speed problems.This design uses the Beijing CNC equipment factory of type BESK-8 AC spindle motor, maximum speed is 4500r / min. Through the given technical parameter to set an initial portion of the shaft, gear unit size, the transmission system of theoretical mechanics analysis, accurate calculation of the selected size and material, the motor speed drive to the feed system parameters feedback, check the selected spindle and rotary shaft size is reasonable to complete the overall structure design, assembly drawing and parts graph.Through the design of the NC machine tool, compact structure, superior performance, production and processing of more sophisticated, is helpful for improving the performance of CNC machine tools, making the product processing more efficient.Key words: NC machine tool; spindle box; AC motor; BESK-8东北大学继续教育学院毕业设计（论文）用纸目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)1.绪论 (1)1.1研究的目的和意义 (1)2.主轴驱动源的选择 (2)2.1直流主轴驱动系统的特点 (2)2.2 交流主轴驱动系统的特点 (3)2.3主轴驱动电机的确定 (4)3.主传动设计 (5)3.1转速图的拟定 (5)3.2主轴转速的确定 (6)3.3传动级数的确定 (7)3.3.1主传动系数的参数 (7)3.3.2主传动级数的确定 (8)3.3.3分级变速箱的设计计算 (11)4.传动系统零件的设计 (17)4.1齿轮的验算 (17)4.2 V型带的选择 (19)4.3离合器的选择与计算 (21)总结 (24)参考文献 (25)1.绪论1.1研究的目的和意义数控机床主传动系统主要包括电动机、传动系统和主轴部件，它与普通机床的主传动系统相比在结构上比较简单，这是因为变速功能全部或大部分由主轴电动机的无级调速来承担，剩去了复杂的齿轮变速机构，有些只有二级或三级齿轮变速系统用以扩大电动机无级调速的范围。

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。

CK6140数控车床主传动系统设计数控车床的主传动系统是整个机床的核心组成部分，它主要由主轴、主轴驱动装置和主动工具头等组成。

设计一个稳定可靠的数控车床主传动系统，需要考虑诸多因素，如主轴精度、刚度、转速范围、加工能力等。

首先，主轴是数控车床主传动系统的核心部件，其精度和刚度直接影响到整个机床的加工质量。

主轴通常由高强度、高刚性的合金钢材料制成，并通过精密加工和热处理工艺提高其表面质量和硬度。

主轴的设计应考虑转动稳定性、轴向和径向刚度等因素，以确保在高速运转和大负载下能保持较小的振动和变形。

其次，主轴驱动装置主要是通过电机将动力传递给主轴，实现车床的加工运行。

常见的主轴驱动装置包括皮带传动、齿轮传动、液压传动等。

不同的传动方式具有不同的特点，需要根据数控车床的具体要求进行选择。

同时，主轴驱动装置还需要考虑电机的功率、转速调节范围、动态响应性能等因素，以满足不同加工工艺和加工材料的需求。

另外，主动工具头也是数控车床主传动系统的重要组成部分。

主动工具头一般由进给系统和切削工具组成，其主要功能是控制刀具的进给速度和刀具路径，实现工件的加工。

进给系统通常由伺服电机、滚珠丝杠等组成，将电机的旋转运动转化为刀具的直线运动。

切削工具的选择要根据不同的加工工件和加工要求进行，可以是转动刀具、切削刀具或磨削工具等。

除了上述部件，数控车床主传动系统的设计还需要考虑其控制方式和辅助装置。

传统的数控车床主传动系统采用闭环控制，通过编码器和反馈系统实现对主轴和主动工具头运动的精确控制。

辅助装置如冷却系统、润滑系统、自动换刀系统等，可以提高加工效率和工作环境的安全性。

总的来说，设计一个稳定可靠的数控车床主传动系统需要充分考虑主轴精度、刚度，主轴驱动装置的选择，主动工具头的设计以及控制方式和辅助装置的配置等因素。

只有在满足加工要求的前提下，才能实现高效、精确和安全的数控车床加工操作。

数控机床主轴设计
一、概述
1.数控机床主轴是机床加工过程中的核心部件，其质量直接影响到机
床的精度和生产效率。

数控机床主轴设计的主要任务是解决加工件的加工
精度、表面质量和生产效率等要求的技术问题。

2.数控机床主轴设计工作需要满足性能、结构、重量、尺寸、动力、
控制、安装等方面的要求，其中最重要的是性能和结构要求。

二、主轴结构设计
1.针对不同的加工工艺的要求，数控机床主轴设计的结构形式有很多，常见的有研磨轴、多段轴、悬臂式轴等。

2.研磨轴是机床主轴的基本结构，一般用于精超磨削，其结构特点为
研磨轴有较长的平稳运行区段，其强度高，通常采用梃形连接，耐磨性能好，是目前机床常用的轴形式。

3.多段轴是指主轴有多段，每段之间有齿轮连接，它可以满足不同加
工工艺的需求。

4.悬臂式轴是指主轴的两端分别有悬臂，是一种自转和轴向振动均有
良好平衡的结构形式，是用于精铣、拉床等加工工艺的主轴形式。

三、主轴性能设计
1.主轴的动力要求是指主轴所需的动力。

主要有机械动力、电动机动
力和气动动力等形式，根据不同的加工工艺要求，采用不同动力形式实现，其中机械动力是最常用的动力形式。

数控机床主轴设计方法(一)数控机床主轴设计引言数控机床主轴设计是数控技术中的关键环节，合理的主轴设计直接影响着数控机床的工作效率和加工质量。

本文将详细介绍用于数控机床主轴设计的各种方法。

1. 热平衡设计方法•传导热平衡设计–采用高导热材料填充主轴内部空隙，提高传导热的能力。

–优点：简单易行，成本低。

–缺点：热平衡效果有限。

•冷却设计–采用内部冷却系统，如冷却油或冷却液。

–优点：能有效降低主轴温度，提高主轴稳定性。

–缺点：维护较为复杂，成本较高。

•热响应平衡设计–基于热响应分析，通过改变主轴结构和材料分布来实现热平衡。

–优点：可以在设计阶段解决热平衡问题。

–缺点：需要热响应分析专业知识。

2. 动态平衡设计方法•静平衡设计–通过调整主轴结构，使得主轴在旋转时不会引起不平衡。

–优点：简单易行，成本低。

–缺点：目标是在某一转速下实现平衡，不能适应转速变化的情况。

•动平衡设计–采用动平衡仪进行动态平衡调整。

–优点：可以在不同转速下实现平衡，提高主轴动态平衡性能。

–缺点：需要专业的动平衡仪器和技术人员。

3. 结构设计方法•轴承选型和布局–选用合适的轴承和合理的轴承布局，以满足主轴的工作要求。

–优点：能提高主轴的运行平稳性和工作精度。

–缺点：需要综合考虑轴承的负荷承受能力和使用寿命。

•刚度设计–主轴整体刚度设计，主要包括主轴箱的刚度和轴承的刚度。

–优点：能提高主轴抗振能力，降低振动和噪音。

–缺点：需要精确计算和结构分析。

结论数控机床主轴设计是一个复杂而关键的工作，需要综合考虑热平衡、动态平衡和结构设计等因素。

合理的主轴设计可以提高数控机床工作效率和加工质量，从而提升整体生产力。

在实际应用中，根据具体需求选择合适的方法进行主轴设计，以满足工业生产的要求。

参考文献1.Wang, J., Zhang, H., & Fan, H. (2018). Research on heatbalance of high-speed spindle based on optimizedstructural design. Journal of Superhard Materials,40(4), .2.Wang, Y., Song, Y., & Liang, C. (2020). Research ondynamic balance technology of CNC machine tool spindlebased on DNM720. In IOP Conference Series: MaterialsScience and Engineering (Vol. 861, No. 3, p. . IOPPublishing.3.Yang, Y., He, Y., Du, X., & Li, M. (2017). Designoptimization of spindle system of precision CNC machine tool based on finite element analysis. Journal ofMechanical Engineering, 53(8), 59-63.4.Li, S., Qin, X., Li, W., & Tan, P. (2016). Structuraloptimization design of high speed CNC spindle based onfluid-structure interaction analysis. Advances inMechanical Engineering, 8(11), .5.Li, C., Xu, A., & Qian, X. (2019). Design andoptimization of CNC spindle structure based on ANSYS.Advances in Mechanical Engineering, 11(10), .致谢感谢以上文献的作者为数控机床主轴设计领域做出的贡献。

目录引言 (1)1.数控铣床简介 (3)1.1.数控铣床组成 (3)1.2.数控铣床的工作原理 (4)1.3数控铣床加工的特点 (4)1.4数控铣床加工的主要对象 (4)2.电主轴概述 (5)2.1电主轴的基本概念 (5)2.2电主轴单元关键技术 (6)2.2.1高速精密轴承技术 (6)2.2.2高速精密电主轴的动态性能和热态性能设计 (7)2.2.3高速电动机设计及驱动技术 (8)2.2.4高速电主轴的精密加工和精密装配技术 (8)2.2.5高速精密电主轴的润滑技术 (9)2.2.6高速精密电主轴的冷却技术 (9)2.3高速电主轴发展及现状 (9)2.3.1高速电主轴技术的发展及现状 (9)2.3.2主轴单元结构形式研究的发展 (11)2.4电主轴对高速加工技术及现代数控机床发展的意义 (12)2.5内装式电主轴系统的研究 (13)3.电主轴工作原理及结构 (16)3.1电主轴的基本结构 (16)3.1.1轴壳 (16)3.1.2转轴 (16)3.1.3轴承 (17)3.1.4定子及转子 (17)3.2电主轴的工作原理 (17)3.3电主轴的基本参数 (19)3.3.1电主轴的型号 (19)3.3.2转速 (19)3.3.3输出功率 (19)3.3.4 输出转矩 (19)3.3.5电主轴转矩和转速、功率的关系 (20)3.3.6 恒转速调速 (20)3.3.7 恒功率调速 (20)3.3.8 轴承中径 (20)3.4自动换刀装置 (21)4. 电主轴结构设计 (22)4.1主轴的设计 (22)4.1.1.铣削力的计算 (22)4.1.2 主轴当量直径的计算 (23)4.2高速电主轴单元结构参数静态估算 (23)4.2.1 高速电主轴单元结构静态估算的内容及目的 (23)4.2.2轴承的选择和基本参数 (23)4.3轴承的预紧 (24)4.4主轴轴承静刚度的计算 (24)4.4.1 主轴单元主要结构参数确定及刚度验算 (26)4.4.2主轴单元主要结构参数确定 (27)4.4.3主轴强度的校核 (32)4.4.4主轴刚度的校核 (34)4.4.5主轴的精密制造 (35)4.5主轴电机 (36)4.5.1电机选型 (36)4.6主轴轴承 (37)4.6.1轴承简介 (37)4.6.2陶瓷球轴承 (38)4.6.3陶瓷球轴承的典型结构 (40)4.7主轴轴承精度对主轴前端精度影响 (40)4.8拉刀机构设计 (41)4.8.1刀具接口 (41)4.8.2拉刀杆尺寸设计 (42)4.8.3夹具体结构尺寸设计 (43)4.8.4 松、拉刀位移的确定 (45)4.8.5碟型弹簧的设计及计算 (46)4.9HSK工具系统结构特点分析 (48)4.10HSK工具系统的静态刚度 (52)4.10.1 HSK工具系统的变形转角及极限弯矩 (52)5.电主轴的润滑及冷却 (55)5.1润滑介绍 (55)5.1.1润滑的作用和目的 (55)5.1.2 电主轴润滑的主要类型 (55)5.1.3 油气润滑的原理和优点 (57)5.2电主轴的冷却 (58)5.2.1电主轴的热源分析 (58)5.2.2电主轴的冷却方法 (59)5.3电主轴的防尘和密封 (60)6.电主轴的驱动和控制 (61)6.1恒转矩变频驱动和参数设置 (61)6.2恒功率变频驱动和参数设置 (62)6.3矢量控制驱动器的驱动和控制 (64)6.4普通变频器原理 (65)6.5本设计采用的变频器原理 (67)6.6主轴准停 (69)6.6.1主轴的准停功能 (69)6.6.2主轴准停的工作原理 (69)6.6.3主轴准停控制方法 (70)7．主轴动平衡 (72)7.1动平衡介绍 (72)7.2动平衡设计 (73)总结 (75)致谢 (76)参考文献 (77)引言高速机床是实现高速切削加工的前提和条件。

数控车床主轴系统分析报告学院：机械工程学院班级：09创新一班姓名：学号：*******xxxMJ-50数控车床主轴结构下图为MJ-50数控车床主轴结构。

交流主轴电动机通过带轮15把运动传给主轴7 。

主轴前支承由一个双列圆柱滚子轴承1 1和一对角接触球轴承1 0组成，轴承11用来承受径向载荷，两个角接触球轴承分别承受两个方向的轴向载荷，另外还承受径向载荷。

松开螺母8的锁紧螺钉，就可用螺母来调整前支承轴承的间隙。

主轴的后支承为双列圆柱滚子轴承14，轴承间隙由螺母1和螺母6来调整。

主轴的支承形式为前端定位，主轴受热膨胀向后伸长，前后支承所用双列圆柱滚子轴承的支承刚性好，允许的极限转速高。

前支承中的角接触轴承能承受较大的轴向载荷，且允许的极限转速高。

主轴所采用的支承结构适宜高速大载荷的需要。

主轴的运动经过同步带轮16、同步带轮3以及同步带2带动脉冲编码器4，使其与主轴同速运转。

脉冲编码器用螺钉5固定在主轴箱体9上。

1、主传动系统的传动方式：机床主传动系统可分为无极变速传动和有级变速变速传动。

与普通机床相比，数控车床的主传动采用交、直流主轴调速电动机，电动机调速范围大，并可无级调速，使主轴箱结构大为简化。

为了适应不同的加工需要，数控车床的主传动系统有一下三种传动方式：1.1由电机直接驱动：主轴电机与主轴通过联轴器直接连接，或采用内装式主轴电动机直接驱动，如下图a所示。

采用直接驱动大大简化了主轴箱结构，能有效提高主轴刚度。

这种传动的特点是主轴转速的变化、出去转矩与电机的特性完全一致。

但由于主轴的输出功率和转矩特性直接决定于主轴电动机的性能，因而使这种变速传动的应用受到了一定的限制。

1.2采用定比传动：主轴电动机经定比传动传递给主轴，如下图b所示。

定比传动可采用带传动或齿轮传动，带传动具有传动噪声小、振动小的有点，一般应用在中小型数控车床上。

采用定比传动扩大了直接驱动的应用范围，即在一定程度上能满足主轴功率与转矩的要求，但其变速范围仍与电动机的调速范围相同。

关于数控机床主轴结构的改进设计数控机床是现代机械加工领域不可或缺的设备，而主轴则是数控机床中最重要的部件之一，它负责驱动加工刀具完成不同形状的切削加工。

随着机械加工技术的不断发展，数控机床主轴的结构也在不断地改进和优化，以适应不同的加工要求和提高加工效率。

一、优化轴承结构轴承是数控机床主轴中的重要部件，它直接影响到主轴的精度、耐磨性和寿命等。

因此，目前主要的改进设计方向是优化轴承结构，采用更先进的轴承材料和结构设计，提高轴承的承载能力和稳定性，从而大幅提高数控机床主轴的精度和耐用性。

另外，采用一些特殊的轴承形式，如角接触轴承和圆锥滚子轴承，可以在提高主轴负载能力的同时，保持其高精度。

二、提高转速范围数控机床主轴的转速范围是评估其性能的一个重要指标，因为转速范围越广，就能满足更多不同的加工要求。

因此，当前的改进设计方向是提高主轴的转速范围，通过优化主轴结构，例如采用更轻的材料和更坚固的轴承等，以及改善冷却系统等方式，来实现更高的转速范围。

特别是在高速加工领域，对于提高主轴转速范围的要求更为迫切。

三、减小主轴摩擦阻力主轴的摩擦阻力会影响主轴的加工精度和效率，而减小主轴的摩擦阻力是改进设计的一个重要方向。

例如，采用滚动轴承结构，可以大大减小主轴的摩擦阻力，从而提高加工效率和精度。

另外，在主轴的设计中还可以采用更平滑的表面处理和优异的润滑系统，也可以减小主轴的摩擦阻力。

四、提高主轴刚性主轴的刚性对于加工的精度和质量都有直接的影响，因此提高主轴的刚性是改进设计的一个重要方向。

目前主要的方法是采用更优质的材料和结构设计，增加主轴的横向和纵向刚性。

此外，对于超精密加工要求，还可以采用主轴的自动补偿技术，通过实时调整主轴位置和速度来改善加工精度和表面光洁度。