基于高速电主轴结构的数控机床分析

电主轴装配工序和关键技术浅述高速数控机床设计制造中，高速主轴最为关键。

近两年我公司与德国某研究机构联合设计了HTC40100zy车削中心，其主轴箱就是内置式电主轴。

一、高速电主轴的结构高速电主轴的典型结构：主轴有前后两套滚珠轴承来支承。

电主轴的转子用过盈配合的方法安装在主轴上，处于前后轴承之间，由过盈配合产生的摩擦力来实现大扭矩的传递。

在主轴上取消了一切形式的键连接和螺纹联接（这种设计主要是为了容易使主轴运转部分达到精确的动平衡），电动机的定子通过一个冷却套固装在电主轴箱体中。

HTC40100zy车削中心的电主轴即采用上述典型结构，将主电机置于主轴前后轴承之间，床头箱和主轴为我厂自制，电机为西门子的1FE1145-8WS31同步内置电动机，其中，定子常温下装在床头箱里，转子热装在主轴上。

主轴前后轴承分别为FAG B71932C.T.P4S（160×220×28）和FAG B71928C.2RSD.T.P4S （140×190×24），装在前后轴承座里，并采用适合高速主轴的弹簧预紧结构。

圆光栅采用HEIDENHAIN ERA180，冷却机为上海哈伯HWT-2RPSA。

前后轴承安装在前后轴承座里。

二、电主轴装配工艺的关键技术及工艺方案的确定1.装配工艺方案2.电主轴主要装配工序分析2.1装配前的准备由于电主轴床头箱装配后，拆装非常困难，因此装配前必须确保零件符合图纸要求。

装配过程如下：清点零件，收集所需工装，清洗零件，按图纸对零件进行检测。

2.2复检精度为确保床头箱体装配后的各项精度，装配前对床头箱及主轴精度进行复检、弹簧安装孔深度及预紧弹簧长度一致性的检测。

2.2.1复检床头箱精度取下前后轴承座，重新安装，送计量室上三坐标复检轴承安装孔精度，按检测结果和轴承外环与箱体孔的间隙修复箱体轴承孔。

2.2.2 弹簧安装孔深度及预紧弹簧长度一致性的检测前后外环隔套上的弹簧安装孔深度一致性要求均在0.04 mm以内；弹簧（φ10Xφ2X18，德国进口）自然状态下长度一致性要求均在0.01 mm以内。

e毕业论文﹙设计﹚题目加工中心电主轴结构设计及其仿真分析学生姓名 ee学号 ee所在院(系)机械工程学院专业班级 ee指导教师ee完成地点ee2009年６月 20 日加工中心电主轴结构设计及仿真分析ee（ee）指导教师：ee[摘要]本文阐述了高速电主轴的发展历史、现状以及趋势，并介绍了电主轴的工作原理及关键技术。

然后，确定了合理的电主轴总体结构，分别对电主轴的主轴、电机、转子、定子和冷却系统等各零部件作了设计，产生了装配图、零件图与设计说明书等设计文档。

最后，对电主轴的旋转轴和轴承进行了详细的分析和校核，计算表明，该电主轴设计符合要求。

[关键词]数控机床；电主轴；主轴；轴承High-Speed Electric Spindle Digital Design AndSimulation Of CNC Machine Toolseeeetutor:eeAbstrac:This paper describes the history, status and trends of lathe electrical spindle development, and also introduce the working principle and key technology of electrical spindle. Then, the reasonable structure of the electrical spindle is determined. The structure of main components is designed, such as axis, encoders, rotor, stator and cooling systems. The assembly drawings, part drawings and design specifications and other design documents is generated. Finally, the detailed analysis and verification of the axis and bearing are made. The calculation result shows that the design of electrical spindle meets the requirements.Key words: Electrical spindle；spindle；bearing目录引言 (1)1.1 概念 (2)1.2 电主轴的基本结构 (3)1.3 电主轴的分类 (4)1.4 电主轴的研究现状和发展趋势 (5)1.4.1 电主轴的研究现状 (5)1.4.2 电主轴的发展趋势 (5)1.5 课题研究内容 (6)1.5.1 通过对结构设计中一些关键性技术问题的解决 (6)1.5.2 对电主轴进行三维建模 (6)1.6 研究的意义 (6)2 高速电主轴结构设计 ........................................................................ 错误！未定义书签。

摘要本文阐述了车床电主轴的发展历史、现状以及趋势，并介绍了电主轴的工作原理及关键技术。

然后，确定了合理的电主轴总体结构，分别对电主轴的电机、编码器、转子、定子和冷却系统等各零部件作了设计，产生了装配图、零件图与设计说明书等设计文档。

最后，对电主轴的旋转轴和轴承进行了详细的分析和校核，计算表明，该电主轴设计符合要求。

关键词：车床；电主轴；主轴；轴承AbstractThis paper describes the history, status and trends of lathe electrical spindle development, and also introduce the working principle and key technology of electrical spindle. Then, the reasonable structure of the electrical spindle is determined. The structure of main components is designed, such as axis, encoders, rotor, stator and cooling systems. The assembly drawings, part drawings and design specifications and other design documents is generated. Finally, the detailed analysis and verification of the axis and bearing are made. The calculation result shows that the design of electrical spindle meets the requirements.Key words:lathe；electrical spindle；spindle；bearing目录第1章绪论..................................................... . (1)1.1选题的目的和意义............................................ (1)1.2数控车床电主轴的国内外的研究现状和发展趋势 (1)1.3本课题主要研究内容....................... .. (4)第2章数控车床电主轴的介绍........................................................... (5)2.1车床电主轴的工作原理.................................................. (5)2.2数控车床电主轴的特征...................................... (5)第3章车床电主轴结构设计.............................................................. (7)3.1电主轴结构图 (7)3.2同步带的选择 (7)3.3内置编码器的选择 (11)3.4转子和定子的设计 (12)3.5轴承的选择 (14)3.6冷却系统的设计 (16)3.7主轴的主要结构参数 (18)第4章轴的校核 (25)4.1轴的强度校核计算 (25)4.2轴的刚度校核计算 (28)4.3轴的CAE分析 (29)第5章轴承的校核 (31)5.1角接触球轴承的校核 (31)5.2深沟球轴承的校核 (33)5.3轴承的CA E分析 (34)总结............................................................................... .. (36)参考文献 (37)致谢 (39)附录1 电主轴的装配图 (40)附录2 电主轴的主轴零件图 (41)附录3 电主轴的同步带轮零件图 (42)附录4 电主轴的压盖零件图........................................................ .. (43)附录5 电主轴的刀套零件图..................................................... .. (44)第1章绪论1.1选题的目的和意义我国数控机床的发展历程充分证明，数控机床电主轴发展的滞后，始终是制约我国数控机床发展的瓶颈问题之一。