100MD60Y4磨削用电主轴设计

摘要
高速加工能显著提高生产率和降低生产成本，是一种很有前途的先进制造技术。

实现高速加工的前提是高质量的高速机床，高速电主轴是数控技术的关键部件和加工中心。

电主轴系统，静态和动态刚度是影响其性能的主要问题。

本文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：加工中心；电主轴；主轴；轴承
Abstract
High-speed machining can significantly improve productivity and reduce production costs, is a very promising advanced manufacturing technology. The first condition to achieve high-speed processing of high quality high-speed machine tools, and high-speed electric spindle speed CNC machining center technology and key components. Electric spindle system static and dynamic stiffness is one of the main challenges affecting performance. This article describes the working principle of the spindle and key technologies. Then, determine a reasonable overall structure of the spindle, respectively, spindle motor, encoder, rotor, stator and cooling systems and other components were designed, produced assembly drawings, part drawings and design specifications and other design documents. Finally, the rotation of the spindle shaft and bearings for a detailed analysis and verification, calculations show that the design meets the requirements of the spindle.
Key Words:Machining center；electrical spindle；spindle；bearing
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目录
摘要 (I)
Abstract (II)
目录 (III)
第1章绪论 (1)
1.1选题的目的和意义 (1)
1.2国内外的研究现状和发展趋势 (2)
1.2.1国内外电主轴技术的研究现状与发展趋势 (2)
1.2.2数控车床电主轴的国内外的发展趋势 (3)
1.3本课题主要研究内容 (4)
第2章加工中心电主轴的介绍 (5)
2.1电主轴的工作原理 .................................................................... 错误！未定义书签。

2.2加工中心电主轴的特征 ............................................................ 错误！未定义书签。

第3章100MD60Y4电主轴结构设计.................................................. 错误！未定义书签。

3.1电主轴结构图 ............................................................................ 错误！未定义书签。

3.2主轴轴承系统设计 .................................................................... 错误！未定义书签。

3.2.1 主轴轴承的选择 ............................................................ 错误！未定义书签。

3.2.2 主轴电机的选择 ............................................................ 错误！未定义书签。

3.2.3 主轴轴承的预紧与刚度 ................................................ 错误！未定义书签。

3.2.4 电机转子的过盈量设计 ................................................ 错误！未定义书签。

3.3主轴润滑与冷却系统的设计 .................................................... 错误！未定义书签。

3.3.1 主轴的润滑 .................................................................... 错误！未定义书签。

3.3.2 主轴的冷却 .................................................................... 错误！未定义书签。

3.3.3 冷却系统的路线 ............................................................ 错误！未定义书签。

3.3.4 主轴的密封 .................................................................... 错误！未定义书签。

3.4其他关键部分设计 .................................................................... 错误！未定义书签。

3.4.1 主轴的动平衡 ................................................................ 错误！未定义书签。

3.4.2 主轴刀柄接口形式 ........................................................ 错误！未定义书签。

第4章轴的校核 .................................................................................... 错误！未定义书签。

4.1轴的强度校核计算 .................................................................... 错误！未定义书签。

4.2轴的刚度校核计算 .................................................................... 错误！未定义书签。

第5章轴承的校核 ................................................................................ 错误！未定义书签。

5.1角接触球轴承的校核 ................................................................ 错误！未定义书签。

5.2深沟球轴承的校核 .................................................................... 错误！未定义书签。

结论 .......................................................................................................... 错误！未定义书签。

参考文献 .................................................................................................. 错误！未定义书签。

致谢 ........................................................................................................ 错误！未定义书签。

IV
第1章绪论
第1章绪论
1.1选题的目的和意义
随着科学技术的不断发展，数控机床的发展越来越快，数控机床是一种高性能，高精度，高速度，高柔性化和模块化方向发展，为现代机床，高速切削具有以下优点相比传统的切割：
（1）随着切削速度的提高，进给速度也相应增加，使每齿切削厚度保持不变，在单位时间内的材料去除率可以大大提高，并大大提高加工生产率：
（2）在切削速度增加到一定值时，切削力可减少30%以上，特别是径向切削力大幅度降低，特别有利于提高薄壁件等刚性差的零件的加工精度；
（3）在高速切削条件下，切削热95%以上仍然没有足够的时间传递给工件，是芯片很快，工件基本保持冷，所以它特别适合于加工零件的热变形；
（4）高速切削时，机床的振动频率特别高，它远离机床的关键部件的基本阶固有振动频率范围内，使机器工作平稳，振动小，可以解决非常精确和平滑的部分；
（5）高速切削表面质量的使用可以获得很高的零件的加工，可以实现磨水平；
（6）高速切削高硬度材料加工常规切削无法加工（到62Hrc左右），可钻小孔直径1mm以下
（7）可进行干式切削无液。

的一个主要条件和高速加工的关键技术的实现是优良的，高速数控机床的研究与开发性能，高速加工的主要特点是使用5 ~高10倍，比传统的切削速度切削，因此要求高的主轴转速，扭矩和功率输出，并保持良好的动态特性和热特性的操作。

高速电主轴也被称为电主轴单元，如齿轮，皮带等中间传动环节，取消。

该机床实现“零传动”，它具有结构紧凑，转动惯量小，转速高的优点，具有良好的动态特性等，已被广泛应用于高速机床。

作为数控机床的核心部分，高速电主轴动态性能将直接影响加工精度和可靠性。

机械电主轴结构虽然比较简单，但制造工艺要求非常严格。

相应的结构带来了一系列新的技术问题，如内置电机散热，高速主轴动平衡，主轴轴承润滑方式和合理的设计问题。

这些问题必须妥善解决，以确保主轴高速运转稳定可靠，实现高效精密加工。

而电主轴系统，静态和动态刚度是影响性能的主要问题，因此详细的静态，和设计优化的
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宁波大红鹰学院毕业设计（论文）
动态分析，为进一步提高高速机床的性能具有很重要的意义。

1.2国内外的研究现状和发展趋势
1.2.1国内外电主轴技术的研究现状与发展趋势
最早的国外电主轴内圆磨床，上世纪80年代，随着数控机床和高速切削技术的发展和需要，将加工中心电主轴技术的逐步应用，数控铣床等高档数控机床，近年来机床技术已成为一个主要的成果。

随着高速切削技术的发展，机床技术的实际应用，对机床电主轴的性能也提出了更高的要求，目前国外从事高速数控机床主轴电机R&amp；
D、生产企业主要有以下几种：德国GMN，西门子，瑞士IBAG，该，煎蛋，faemat gamfior，美国意大利，日本大隈，尤其在GMN，Ibag，注油器，该技术水平代表，gammfier和几个在这一领域的世界先进水平。

本公司生产的电主轴比国内产品具有以下特点：
（1）高功率，高速度；
（2）高速度，高的轴承刚度；国外高速精密主轴采用高转速，轴承刚度高，主要陶瓷轴承和液体动静压轴承，使用空气轴承和磁轴承的特殊场合。

（3）精密加工和装配过程中的高水平；
（4）高水平控制系统配套。

在此基础上，这些外国厂家如美国，日本，德国，意大利和瑞士等工业发达国家生产的各种高速机床的商品化。

如瑞士米克RO公司，是世界著名的精密机床制造商。

它是机床配备了60000r／min的高速电主轴的生产，可以满足不同的切割要求。

国内电主轴与国外产品相比，无论是品种和质量性能，国内电主轴有很大差距，比较产品外，主要有以下差距：
（1）在低转速和高扭矩主轴，国外产品的输出转矩和低速段可以达到300N m，有的甚至高达600 N m（如氰特公司在德国），和目前国内很多在100N - M.
（2）在高速度，对加工中心主轴转速国已达75000r／min（意大利camfior），但我国远低于20000r／min，电主轴的其他用途，国外已达到250000r／min（英国西风公司1733），和最高速度，中国电主轴150000r /分钟。

（3）在电主轴的润滑，先进的油气润滑技术已广泛应用在国外高速主轴轴承，但我国仍采用脂润滑和油雾润滑的基础。

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第1章绪论
（4）和电主轴性能的功能，在多功能数控机床的发展，国外，高性能主轴产品，但我国仍以传统产品为主要发展方向。

（5）对电主轴的支撑技术，国外的动态，静态压力液（气）浮轴承电主轴磁悬浮轴承电主轴（IBAG）建立产品，在中国仍然是在科学研究或小批量试。

（6）其他相关电主轴的支撑技术，如主轴电机设置在闭环矢量控制技术，伺服技术，停止角度的精确定位（准停）技术，C轴驱动技术，快速启动和停止技术，HSK刀柄主轴的制造和应用技术，智能控制技术，国内还不够成熟，无法满足实际应用的需要。

（7）在制造业的规模数量和产品品种，国内，虽然已在研究和电主轴制造企业，但仍与磨床电主轴为基础，数控机床高速电主轴，仍然是少量的研究和发展阶段，目前已没有形成系列化，专业化和生产规模，但也无法与国外先进水平相比，远远不能满足日益增长的国内市场需求，也没有能力与外国产品竞争阶段。

此外，外国R&amp；D在伟大的远见和创新能力的关键部分，国际电主轴系统，如编码器工具接口，国际标准和电机工作制度的产品都是他们研制生产的相关企业，这是他们最有优势的地方。

1.2.2数控车床电主轴的国内外的发展趋势
电主轴技术的发展趋势主要表现在以下几个方面：
（1）继续以高速度发展，高刚度和方向；由于高速切削和实际应用的需要，随着主轴轴承及其润滑技术的发展，很多技术，数控机床高速电主轴已成为大势所趋，目前的发展，随着电主轴的刚度越来越大，满足高速发展的需要，效率和精度的数控加工。

（2）向高速、大功率的发展，低转速、高转矩的方向。

根据实际使用，大部分CNC 机床能满足重切削的需要，低速粗加工的高速切削加工精度的要求，因此，对机床电主轴的性能应具有低转速和高扭矩，高转速和高功率。

（3）进一步向高精度，高可靠性和延长使用寿命的方向发展。

提出了越来越高的精度要求，对数控机床的使用用户的可靠性，电主轴数控机床的核心功能部件之一，其精度和可靠性要求越来越高。

同时，由于润滑方法精密主轴轴承，特别先进的特殊的应用模式和预负荷，延长电主轴的寿命，和使用的可靠性越来越高。

（4）电主轴内置电机的性能和多样化的形式。

（5）快速启动，停止发展方向。

（6）轴承预加载方式，润滑方式多样化。

除了传统的钢轴承，近年来混合陶瓷球
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宁波大红鹰学院毕业设计（论文）
轴承的应用越来越广泛，润滑脂，油雾，油气，特别是油气润滑方法（也称为油气），因为它的高速度，适应环保节能的特点，得到越来越广泛的推广和应用滚动轴承的预负荷；应用模式除了刚性预负荷（又称为定位预紧），弹性预负荷（又称定压预紧力），并开发了一个智能预加载，即液压缸施加预载荷对轴承的使用，并能根据对主轴转速的大小，负载和其他具体条件控制预载荷，使轴承的承载性能更为优良的。

（7）工具界面逐渐HSK，Capto柄技术。

（8）向多功能、智能化的方向发展。

在多功能，有角停止精确定位（准停），一个C轴传动，中空吹塑模具的更换，空心轴端冷却液体，气体密封，低速扭矩放大，轴向定位精度的补偿，换刀自动平衡技术等。

在情报方面，主要是在各种安全保护和故障监测与诊断措施，如刀的联锁保护，轴承温度监测，电机过载和过热保护，松刀卸轴承保护，主轴振动信号监测和故障诊断，对砂轮修整过程中的轴向位置自动补偿的异常改变，信号监测和自动控制刀具的磨损和损坏，信号监测。

1.3本课题主要研究内容
（1）100MD60Y4磨削用电主轴总体方案设计；
（2）根据产品特点，进行工艺分析、结构分析、结构计算和校核；
（3）绘制装配图及其他零件图；
（4）撰写设计计算说明书1份，撰写其他相关设计技术文档。

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附录
第2章加工中心电主轴的介绍
需要完整图纸及论文，请联系QQ545675353，另接定做毕业设计
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