浅析数控铣床的主轴结构设计
关于数控机床主轴结构的改进设计
关于数控机床主轴结构的改进设计数控机床作为现代制造业中的重要设备，其主轴结构的设计对于机床性能和加工质量具有非常重要的影响。
随着制造技术的不断发展，传统的数控机床主轴结构已经不能满足现代制造业对高精度、高效率、高稳定性的需求。
对数控机床主轴结构进行改进设计已成为当今的研究热点之一。
一、数控机床主轴结构的基本形式数控机床主轴结构是由主轴箱、主轴和主轴驱动系统组成的，其中主轴箱起到支撑和导向主轴的作用，主轴承载加工刀具和承受切削负载，主轴驱动系统则负责驱动主轴旋转。
传统的数控机床主轴结构通常采用滚动轴承或滑动轴承支撑主轴，由电机通过皮带传动或直接连接方式驱动主轴旋转。
由于滚动轴承和滑动轴承在高速、高负载工况下易产生磨损和热变形，从而影响机床的加工精度和稳定性。
二、数控机床主轴结构的改进设计方向针对传统数控机床主轴结构存在的问题，现代研究者提出了一系列的改进设计方案，主要包括以下几个方向：采用高速轴承技术、使用直接驱动技术、应用新材料和新工艺等。
这些改进设计方案旨在提高数控机床主轴的转速、承载能力和稳定性，从而提高机床的加工精度和效率。
1. 采用高速轴承技术传统数控机床主轴结构采用的滚动轴承或滑动轴承在高速工况下容易出现磨损和热变形，限制了主轴的转速和稳定性。
而采用高速轴承技术可以有效地提高主轴的转速和承载能力，同时减小主轴的振动和磨损，从而改善机床的加工精度和稳定性。
目前，国内外一些制造商已经开始使用陶瓷轴承和陶瓷滚珠轴承等高速轴承技术来改善数控机床主轴结构。
2. 使用直接驱动技术传统数控机床主轴结构通常采用电机通过皮带传动或直接连接方式来驱动主轴旋转，然而这种方式存在传动效率低、振动大、维护成本高等问题。
使用直接驱动技术成为了现代数控机床主轴结构改进的重要方向。
直接驱动技术通过在主轴内部集成电机，利用电磁力直接驱动主轴旋转，不仅可以减小机床的占地面积，提高传动效率，还可以减小振动和噪音，从而提高机床的加工精度和稳定性。
数控机床主轴结构的改进和优化设计
数控机床主轴结构的改进和优化设计严鹤飞（天水星火机床有限责任公司技术中心 甘肃 天水 741024） 摘 要： 掌握机床主轴的关键部件，安装方式，轴承的调制环节以及材料、操作维护等，并且各种原因中又包含着多种影响因素互相交叉，因此必须对每个影响因素作具体分析。
而对于优化设计理论的基本思想及其求解方法，将其应用于机床主轴的结构设计，建立了机床主轴结构优化设计的数学模型，并用内点惩罚函数法求解模型，得到了整体最优的结构设计方案，使机床主轴在满足各种约束要求条件下，刚度最好，材料最省。
关键词：机床主轴；轴承；调整；优化设计；数学模型在数控机床中，主轴是最关键的部件，对机床起着至关重要的作用，主轴结构的设计首先考虑的是其需实现的功能，当然加工及装配的工艺性也是考虑的因素。
1. 数控机床主轴结构改进：目前机床主轴设计普遍采用的结构如图1所示。
图中主轴1支承在轴承4、5、8上，轴承的轴向定位通过主轴上的三个压块紧锁螺母3、7、9来实现。
主轴系统的精度取决于主轴及相关零件的加工精度、轴承的精度等级和主轴的装配质量。
在图1中主轴双列圆锥滚子轴承4的内锥孔与主轴1:12外锥配合的好坏将直接影响株洲的工作精度，一般要求其配合接触面积大于75%，为了达到这一要求，除了在购买轴承时注意品牌和等级外，通常在设计时对主轴的要求较高，两端的同轴度为0.005mm，对其相关零件，如螺母3、7、9和隔套6的端面对主轴轴线的跳动要求也较高，其跳动值一般要求在0.008mm以内。
对一般压块螺母的加工是很难保证这么高的精度的，因而经常出现主轴精度在装配时超差，最终不得不反复调整圆螺母的松紧，而勉强达到要求，但这样的结果往往是轴承偏紧，精度稳定性差，安装位置不精确，游隙不均匀，造成工作时温升较高，噪音大，震动厉害，影响工件的加工质量和轴承的寿命。
但对于重型数控机床用圆锥滚子轴承其承载负荷大，运转平稳，精度调整好时，其对机床的精度保持性较好，可对与轻型及高速机床就不十分有力了。
数控机床主轴设计
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。
数控铣床电主轴系统设计说明书
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。
XK100立式数控铣床主轴部件设计论文(有全套图纸)[专业论文]
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目录第一章数控铣床的介绍 (4)1.1 数控铣床的主要功能 (4)1.2 数控铣床的主要特点 (5)第二章总体设计方案 (7)第三章电机的选择 (7)3.1 确定主轴传动功率 (7)3.2 电机的选择 (8)3.3 主轴的变速过程 (9)第四章轴类零件的设计 (10)4.1 轴的设计概述 (10)4.2 主轴主要结构参数的确定 (10)4.3 轴的结构设计 (13)4.4 主轴刚度的计算 (15)第五章齿轮传动设计与计算 (17)5．1主要参数的选择 (17)5.2 齿轮的设计与计算 (17)第六章轴承的设计与计算 (20)6.1 轴承当量动载荷的计算 (20)6.2 验算两轴承的寿命 (22)第七章圆弧齿同步带的设计 (22)7.1 确定圆弧齿同步带的基本参数 (22)7.2 确定带的中心距 (23)7.3 选择带的类型 (24)第八章碟形弹簧的设计 (25)8.1 碟形弹簧的结构尺寸 (25)8．2 弹簧的许用应力和疲劳极限 (26)8．3 碟形弹簧的设计与计算 (27)8.4 碟形弹簧的校核 (28)第九章拉杆的设计 (30)9.1 确定拉杆的直径 (30)9.2 确定拉杆的长度 (30)第十章拉抓和打刀缸的选择 (31)10.1 拉抓的选择 (31)10.2 打刀缸的选择 (31)小结 (32)参考文献 (33)[摘要］本文根据公司生产加工需要改装一台铣床, 主要用于铣削平面和钻孔，对主轴部件进行重新设计，但仍要用原来的主轴箱，要求主轴的转速范围为40r/min—4000r铣床在工作状态下拉抓拉紧刀柄，与BT50刀柄配合使用的是BT50拉抓，BT50拉抓带有M22×1.5的外螺纹与拉杆连接，拉紧刀柄，通常需要3.5t的力将刀柄拉紧。
10.2 打刀缸的选择打刀缸其实就是一种增压缸，将压缩空气的压力能转化高的推力输出。
打刀缸的系列很多，我们公司使用的是“上海健椿机械有限公司”生产的KTL系列打刀缸，也称KTL系列增压缸。
SK40立式数控铣床设计-主轴部件设计
目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................................... I I 第1章绪论 (1)1.1 数控技术及数控加工的基本概念 (1)1.2 数控机床的组成与分类 (2)1.3 数控机床的特点与数控机床的发展方向 (4)1.4 SK40主轴与刀柄简介 (4)第2章 SK40立式数控铣床主传动系统方案的确定 (6)2.1 立式数控铣床主传动系统简介 (6)2.2 对立式数控铣床主传动系统的要求 (6)2.3 主传动的类型及方案选择 (7)第3章电机的选择 (9)3.1 确定主轴传动功率 (9)3.2 电机的选择 (10)3.3 主轴的变速过程 (11)第4章主轴系统参数计算及部件设计 (12)4.1 主传动变速系统主要参数计算 (12)4.1.1 计算切削功率 (12)4.1.2 计算主传动功率 (13)4.1.3 变速级数Z的确定 (13)4.2 主轴组件设计 (13)4.2.1 概述 (13)4.2.2 主轴结构设计 (14)4.2.3 主轴强度的校核 (19)4.3 轴承的设计 (23)4.3.1 概述 (23)4.3.2 轴承的类型选择 (23)4.3.3 轴承游隙等级的选择 (24)4.3.4 轴承的寿命计算 (24)4.3.5 轴承布局 (24)4.3.6 轴承装置的设计 (25)第5章主轴的加工工艺设计 (29)5.1 主轴加工工艺的主要内容 (29)5.2 对电主轴进行工艺分析 (29)5.3 电主轴的工艺路线设计 (30)5.3.1 工序的划分 (30)5.3.2 工步划分 (30)5.4 电主轴加工工序设计 (30)5.5 制定加工工艺卡 (31)参考文献 (Ⅲ)摘要本文介绍了立式数控铣床的一些基本概况，简述了机床主传动系统方面的原理和类型，分析了各种传动方案的机理。
立式数控铣床主轴部件的设计
主轴悬伸量的大小往往受结构限制，主要取决于主轴端部 的结构型式及尺寸、刀具或夹具的安装方式、前轴承的类 型及配置、润滑与密封装置的结构尺寸等。
主轴的主要尺寸参数包括：主轴直径、内孔直径、悬伸长度和支撑跨距 。评价和考虑主轴的主要尺寸参数的依据使主轴的刚度、结构工艺性和 主轴组件的工艺适应范围。
明德 砺志 博学 笃行
u主轴的耐磨性
主轴组件必须有足够的耐磨性，以便长期保持精度。 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 主轴的工作部位。为了提高耐磨性，主轴的上述部位应该 淬硬，或者经过氮化处理，以提高硬度增加耐磨性。主轴 轴承也需要有良好的润滑，提高其耐磨性。
一、主轴组件的设计要求
u回转精度
主轴组件的回转精度,是指主轴的回转精度。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，每一瞬间都是变化的。这些瞬间回转中心线 的平均空单位转移不为理想回转中心线，理想回转中心线在空间 位置的距离，就是主轴的回转误差，而回转误差的范围，就是 主轴的回转精度。纯向误差、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构成径向跳动， 而轴向误差和角度误差同时存在构成端面跳动。
根据上式可绘制出主轴孔径对主轴刚度影响曲线，如图4-1
空 / 实
D—主轴平均直径
d—主轴平均孔径
K空—直径为Ｄ实心主轴刚度 ， K实 —直径为Ｄ，孔径为d的空心轴的刚度。
明德 砺志 博学 笃行
由图4-1知：当d／Ｄ≤0.5时，内孔d对主轴刚度几乎无影响， 通常取孔径d的极限值＜0.7D。此时Ｉ空＞0.75Ｉ实，即刚度消 弱量小于25%，若孔径再大主轴刚度急剧下降，一般铣床主轴孔 径d可比刀具拉杆直径大5～10mm。
数控铣床主轴箱结构设计方案(有全套图纸)
目录绪论 (1)第1章主传动系统设计概述 (3)第2章数控铣床主传动系统的配置方式 (4)第3章主轴电动机的选取 (5)第4章同步带传动设计与计算 (6)4.1、同步材料选择 (6)4.2、同步带参数的计算 (6)4.2.1、模数的选取 (6)4.2.2、小带轮齿数 (6)4.2.3、同步带节距 (6)4.2.4、节圆直径 (7)4.2.5、大带轮齿数 (7)4.2.6、大带轮直径 (7)4.2.7、带的速度 (7)4.2.8、定中心距 (7)4.2.9、带的节线长度 (7)4.2.10、计算中心距 (7)4.2.11、带轮与带的啮合齿数 (8)4.2.12、带宽 (8)4.2.13、作用在轴上的力 (8)4.2.14、小带轮的最小包角 (8)4.2.15、带轮宽度 (8)第5章主轴组件的设计 (9)5.1、主轴组件的设计要求 (9)5.1.1、回转精度 (9)5.1.2、主轴刚度 (9)5.1.3、主轴的抗振性 (10)5.1.4、主轴温升 (10)5.1.5、主轴耐磨性 (10)5.1.6、提高主轴组件抗振性的措施 (10)5.2、减少主轴组件热变形的措施 (10)5.3、主轴材料的选择及尺寸、参数的计算 (11)5.4、主轴转动装置箱体的作用 (13)5.5、主轴箱体的截面形状和壁厚的计算 (15)第6章主轴轴承的选择 (15)6.1、轴承的选择和轴承的精度 (15)6.2、轴承预紧力的要求 (15)6.3、主轴轴承的润滑与密封 (16)6.4、选取轴承求 (16)6.5、轴承寿命校核 (18)6.6、轴承座孔的设计要求 (19)第7章联接键的选择碟形弹簧的选择与计算 (20)7.1、碟形弹簧的特点 (20)7.2、碟形弹簧材料及热处理厚度和脱碳 (21)7.3、碟形弹簧的强压处理 (21)7.4、表面强化处理和防腐处理 (21)第8章螺钉联接的设计 (23)8.1、根据设计要求计算 (23)8.2、螺钉的强度计算与校核 (23)第9章液压缸的设计 (24)9.1.液压压缸安装应注意的问题 (24)9.2.压缸各部分的结构及主要尺寸的确定 (24)9.3.强度校核 (25)第10章润滑与密封件设计 (26)10.1、封件的作用及其意义 (26)10.2、密封的分类及密封件的材料要求 (26)10.3、防尘圈的设计要求 (27)结论 (28)致谢……………………………………………………………………………….................. .29参考文献………………………………………………………………………….................. ..30绪论数控技术，简称数控（Numerical Control）。
数控铣床的主轴箱结构设计
毕业设计（论文）题目数控铣床的主轴箱结构设计系别专业班级学生姓名学号指导教师定稿日期河南质量工程职业学院毕业设计（论文）任务书摘要数字控制是近代发展起来的一种自动化控制技术是用数字化信号对机床运动极其加工过程进行控制的一种方法,随着科学技术的迅猛发展，数控机床已经是一个国家机械工业水平的重要标准。
数控机床是装有程序控制系统的机床。
该系统能够逻辑地处理具有使用号码，或其他符号编码指令规定的程序。
数控机床是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业的渗透形成的机电一体化产品，起技术范围覆盖很多领域：（1）机械制造技术（2）信息处理、加工、传输技术；（3）自动控制技术；（4）伺服驱动技术；（5）传感技术；(6)软件技术等。
计算机对传统机械业的渗透，完全改变了制造业。
制造业不但成为工业化的象征，而且由于信息技术的渗透，使制造业犹如朝阳产业，具有广阔的发展天地。
数控机床就是将加工过程所需的各种步骤以及刀具与工件之间的相对位移量都是用数字化的代码来表示。
通过控制介质数字信息送入专用区域通用的计算机。
计算机对输入的信息进行处理，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。
关键词：机械设计；主轴；数控系统。
AbstractHave already measured a national machine the important of level manufacture industry the making along with the bad of fast and fierce development, few machine of science technique.The numerical control engine bed is the numerical control system as representative’s new technology the tradition machine manufacture industry some companies also have own mailing, It’s technical scope duplicate Ge domain (1) machine manufacture technology;(2) information processing, processing, transmission technology; (3) automatic control technology ;(4) the serve actuates the computer to the tradition machine manufacture industry .（5）The manufacturing industry. (6)The manufacturing industry . The manufacturing industry is not only become the industrialization the symbol, moreover as a result of the information technology seepage.Cause the manufacturing industry just like the sunrise industry to the have the broad development world.At the same time, in order to satisfy the modern industry the multiversity the small batch auto-mobile production, the urgent need nimble, is general, can adapt to the product, change numerical control engine numerical control engine bed is between each kind of operation and the stop as well as the cutting tool and the work piece relative, displacement quantity, which needs the processing of all uses digitized the code to indicate that sends in through the control medium the numerical information special-purpose or the general computer.The computer carried on to the input information processing and the engine bed the system of other functional elements, cause work-piece, which the engine bed automatically processes needs.Key Ward：mechanical design; CNC milling; spindle; CNC system。
数控加工中心主轴结构设计分析
轮、 联 轴 器进 行传 动 ， 直接 利 用 电极 驱动 主轴 ， 实现零 传动 ） 。 目前 ， 我 国生产 高 速 电主轴 的 水平 与国 际还有 很 大差距 ， 尤其 是其工 作 高稳定 性和 可靠性 ， 严 重
影响数 控加 工 中心 的工 作效率 和 质量 因此很 多学者致 力于 对国产 电主轴 的试 验和 测试分 析上 ， 希望 能找 到影响 其工 作高稳 定性和 可靠性 的主要 原 因和 国 内
工 业 技 术
啊
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数 控 加 工 中 心 主 轴 结 构 设 计 分 析
苑忠 春
（ 中传 重型 机 床有 限公 司 江苏 南京 ２ ｌ ｌ １ １ ３ ） ［ 摘 要］ 数控 加 工 中心 是 目前制造 业 和数控 车床 的 核心 技术 ， 具 有灵 敏 、 精 度稳 定 、 高效 保质 和 自动化 操 作等优 点 ， 将 机械 产品 推 向机 电一体 化 的发展 趋势 ． 主要 应用 于机 械 制造 业数控 加 工和切 削 中 。 高速 电主 轴近 年来 新发 展 的技术 ， 是数控 加工 中心 重 要部分 ， 是彰 显数控 加 工中心 高 速 、 高精度 优 势的主 要原 件 。 在 传 统加 工工 艺下 ， 主轴定 位速 度过 于缓慢 ， 而且定 位的 稳定性 和 准确度 太差 ， 很难生 产 出符合要 求 、 精度 比较 高 的产品 。 随着 数 控加工 中心 在车 床的 应用 ， 不仅 可 以有 效降 低生 产成本 、 提 高工 作效率 ， 而且能够 提高 零件 加工质量 和 精确度 ， 充 分满 足社 会对 数控 加工 技术快 速 、 高效 、 高质 量 的要 求 。 其 中 电主轴 主要 结构包 括有 电机 、 冷 却系统 、 刀具 三个 ， 其工 作高 稳 定性 和可 靠性 是数 控车 床 加工 中心 精度 以及效率 的保证 。 ［ 关键 词 ］ 数控 车 床 ； 数 控 加工 中心 ， 电主 轴 ； 结 构设 汁 中图 分类 号 ： Ｔ Ｈ 文献 标识 码 ： Ａ 文 章编号 ： １ Ｏ ０ ９ － ９ １ ４ Ｘ（ ２ ０ １ ５ ） ３ ５ － ０ ０ ０ ９ — ０ ｌ
铣床主轴设计
1 引言本文我将对X6132卧式铣床的传动轴轴进行加工（大批量生产）。
车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。
在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。
车床主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床。
主轴是车床的关键零件之一，其前端直接与夹具（卡盘、顶尖等）相连接用以夹持并带动工件旋转完成表面成型运动。
主轴加工的主要问题是如何保证主轴支承轴颈的尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度，主轴前端内、外锥面的形状精度、表面粗糙度以及它们对支承轴颈的位置精度。
主轴是典型的轴类零件，而轴类零件的材料常用价格较便宜的45钢，这种材料经调质或正火后，能得到较好的切削性能及较高的强度和一定的韧性，具有良好的综合力学性能。
毛坯制造方法主要与零件的使用要求和生产类型有关，比较重要的轴，多采用锻件毛坯。
在加工主轴的过程中，首先要分析零件图，分析零件所要达到的技术要求。
然后根据加工条件合理的选择加工方案，确定所需刀具、冷却方法以及加工工序等等。
因为主轴比较长，所以要参照细长轴的装夹方式和锥堵与锥堵心轴来确定主轴的装夹。
在加工和加工后都确定了检验方法。
2 CA6140车床及主轴零件的分析2.1 CA6140车床的技术要求及参数2.1.1 CA6140概述CA6140机床中的C表示的是车床，而6140指的是车床的主参数为6140，组代号是6，系代号1，40代表是普通卧式，400mm的旋转直径。
CA6140车床适用于车削内外圆柱面，圆锥面及其它旋转面，车削各种公制、英制、模数和径节螺纹，并能进行钻孔和拉油槽等工作床身宽于一般车床，具有较高的刚度，导轨面经中类淬火，经久耐磨。
机床操作灵便集中，溜板设有快移机构。
采用单手柄形象化操作，宜人性好。
机床结构刚度与传动刚度均高于一般车床，功率利用率高，适于强力高带切削。
主轴孔径大，可选用附件齐全。
主要应用于机械、石化、兵工、航空、电子、汽车、仪表、轻工、铁路等行业，结构外观如图3-1所示。
机械毕业设计(论文)数控铣床的主轴箱结构设计(新)(含全套图纸)
数控铣床的主轴箱结构设计摘要：本文主要有如下几个方面的内容1）主传动系统设计，其中包括主传动电机的选择及其型号的确定。
2）数控铣床主传动系统的配置方式，其中要考虑传动性能的最优化选择，如：传动准确，无滑动；传动效率高且传动平稳可靠，噪音小等。
4）同步带传动设计与计算，其中包括同步材料的选择和同步参数的计算。
5）主轴组件的设计。
6）主轴轴承的选择，其中包括轴承的精度，预紧力几轴承的润滑与密封等问题。
7）联接键的选择和碟形弹簧的选择与计算，这里要考虑弹簧的热处理问题。
8）螺钉联接的设计。
9）液压缸的设计。
10）润滑与密封件设计。
关键词：机械设计；数控三坐标铣床；主轴Main spindle box structure design of numerical control milling machineStudent: he yiTutor: chenzhiliang(Oriental Science ＆Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract: This thesis mainly includes the following content: 1) main drive system design and it contained the content of selection main drive motor and its model. 2) configuration of numerical control milling machine main drive system and it shall consider optimization selection of drive performance, such as accurate drive, nonslip; high drive efficiency with stability, reliability and low noise etc. 3) design and calculation of synchronous belt drive including selection of synchronous material and calculation of synchronous parametric. 4) design of spindle parts. 5) selection of spindle bearing, including precision of bearing, lubrication and sealing of preload bearing etc. 6) selection of joint bolt and selection and calculation of disk spring, thermal treatment of spring shall be considered. 7) design of bolt joint. 8) design of hydraulic cylinder. 9) design of lubrication and sealing parts. 10) lubrication and seal design.Key words: Mechanical design, Numerical Control three coordinates of milling machines, Spindle.1 前言数控机床的主传动系统包括主轴电动机，传动系统和主轴组件。
数控机床主轴总体设计
数控机床主轴总体设计
报告
一、报告概述
数控机床主轴设计涉及机床整体结构及其相关机构的设计，是数控机
床制造过程中的重要步骤，也是控制机床精度和加工质量的关键因素。
本
文将重点介绍数控机床主轴的设计，包括其设计要点、数控机床主轴的结
构设计和参数设计，以及检验和润滑等。
二、主轴的设计要点
1.数控机床主轴的设计应考虑机床的整体结构和控制要求。
2.主轴为定心支承结构，必须考虑受力、应力、热变形等方面的影响，以确保设计符合要求，并能满足用户的实际要求。
3.主轴运行部件应确定所需转速、变速比、功率等参数，以确保设备
具有良好的动力性能。
4.数控机床的主轴应考虑到在高速运行时，动平衡质量及其调整要求。
5.主轴及其附件的安装应考虑其各自的尺寸和形位关系，以确保正确
安装及更换。
三、主轴结构设计
1.主轴材料选择
主轴材料可以根据设计要求选择金属材料或高分子材料。
其中金属材
料包括钢、铝合金、镁合金等，而高分子材料则包括塑料或玻璃钢等，具
体选择要考虑材料的机械性能、抗腐蚀性能和使用寿命等。
2.主轴结构设计。
数控铣床的主传动系统及结构
排屑系统
排屑系统将数控铣床加工过程中产生的切屑排出机床，保证加 工质量和安全。
防护系统
防护系统可以防止数控铣床在加工过程中受到外界干扰和损坏 。
05
数控铣床的结构优化及改 进建议
提高机床的刚度
总结词
机床的刚度是衡量机床稳定性和精度的重要指标，提高机床的刚度有助于提高加工精度和降低机床的 振动。
，也可以有效降低生产成本。
06
数控铣床的应用与发展趋 势
数控铣床的应用范围
航空制造
数控铣床可用于飞机发动机的制造，精确控制发动机的尺寸和形 状，提高制造效率。
汽车制造
数控铣床广泛应用于汽车零部件的加工，能够实现高效、高精度 的批量生产。
模具制造
数控铣床可用于模具的制造和修复，满足模具的高精度、高强度要 求。
防护装置
数控铣床的防护装置需考虑安全防护、防止噪音和灰尘等方面，常见的有防护罩、隔音棉等。
04
数控铣床的传动系统设计
主轴传动系统的设计
直流电机驱动
直流电机具有优良的调速性能和启动性能，常用于数控铣床的主 轴驱动。
交流电机驱动
交流电机结构简单、维护方便，在数控铣床中也有广泛应用。
伺服电机驱动
伺服电机具有高精度、高响应的特点，适用于要求高精度控制的 数控铣床。
机械主传动系统采用机械变速箱和主轴组合实现主运动，具有结构简单、维 护方便等优点，但调速范围有限。
电主传动系统
电主传动系统采用电机直接驱动主轴实现主运动，具有调速范围广、响应速 度快等优点，但需要配置相应的控制系统。
03
数控铣床的结构
床身结构
关于数控机床主轴结构的改进设计
关于数控机床主轴结构的改进设计随着数控技术的发展和应用越来越广泛，数控机床在工业生产中发挥着越来越重要的作用。
而数控机床主轴作为数控机床的重要组成部分，其性能对整个数控机床的加工精度、加工效率和加工质量起着至关重要的作用。
对数控机床主轴结构的改进设计显得尤为重要，本文将对数控机床主轴结构的改进设计进行探讨。
一、数控机床主轴结构的基本原理数控机床主轴通常由主轴轴承、主轴箱、主轴驱动装置、主轴附件等组成。
主轴轴承是数控机床主轴的核心部件，支撑着主轴的转动，并承受着主轴上的加工负荷和转速。
主轴箱是主轴的固定部件，起到支撑、定位和密封的作用。
主轴驱动装置是主轴转动的动力源，通常采用电机驱动。
主轴附件包括主轴夹持装置、主轴冷却装置、主轴调速装置等，用于保证主轴工作时的稳定性和可靠性。
传统数控机床主轴结构存在一些问题，如主轴刚性不足、转速范围窄、热变形大、寿命短等。
这些问题在高速、高精度、高效率的数控加工中尤为突出，制约了数控机床的发展和应用。
急需对数控机床主轴结构进行改进设计，提高其刚性、稳定性和可靠性，以满足现代制造业对高精度、高效率加工的需求。
1. 提高主轴刚性主轴刚性是影响数控机床加工精度和表面质量的重要因素。
为了提高主轴刚性，可以采用镶钢套的轴承座设计，增加主轴箱的壁厚和加强结构连接，采用预紧式轴承和高刚性的轴承支撑结构等。
这些设计可以有效提高主轴的刚性和稳定性，提高加工精度和表面质量。
2. 扩大主轴转速范围在某些特定的加工工艺中，对主轴的转速范围要求较大。
为了满足这一需求，可以采用变频调速的主轴驱动装置，同时配合合理的主轴箱结构设计和高速、高精度的主轴轴承，以实现主轴转速范围的扩大。
3. 降低主轴热变形主轴在加工过程中会受到热变形的影响，导致加工精度下降。
为了降低主轴热变形，可以设计主轴冷却装置，通过主轴中的冷却液循环冷却，有效降低主轴的温升，减小热变形，提高加工精度。
4. 提高主轴寿命主轴在长时间高速运转下容易产生磨损和疲劳，降低主轴的使用寿命。
数控铣床主轴部件介绍分享
数控铣床主轴部件介绍共享
主轴部件是数控铣床上的紧要部件之一，它带动刀具旋转完成切削，其精度、抗振性和热变形对加工质量有直接的影响。
下面昆山渡扬数控和您共享。
一、主轴
数控铣床的主轴为一中空轴，其前端为锥孔，与刀柄相配，在其内部和后端安装有刀具自动夹紧机构，用于刀具装夹。
主轴在结构上要保证好良好冷却润滑，尤其是在高转速场合，通常采用循环式润滑系统。
对于电主轴而言，往往设有温控系统，且主轴外表面有槽结构，以确保散热冷却。
二、刀具自动夹紧机构
在数控铣床上多采用气压或液压装夹刀具，常见的刀具自动夹紧机构紧要由拉杆、拉杆端部的夹头、蝶形弹簧、活塞、气缸等构成。
夹紧状态时，蝶形弹簧通过拉杆及夹头，拉住刀柄的尾部，使刀具锥柄和主轴锥孔紧密搭配；松刀时，通过气缸活塞推动拉杆，压缩蝶形弹簧，使夹头松开，夹头与刀柄上的拉钉脱离，即可拔出刀具，进行新、旧刀具的交换，新刀装入后，气缸活塞后移，新刀具又被蝶形弹簧拉紧。
需注意的是，不同的机床，其刀具自动夹紧机构结构不同，与之适应的刀柄及拉钉规格亦不同。
三、端面键
带动铣刀旋转，传递运动和动力。
四、自动切屑清除装置
自动清除主轴孔内的灰尘和切屑是换刀过程中的一个不容忽视的问题。
假如主轴锥孔中落入了切屑、灰尘或其它污物，在拉紧刀杆时，锥孔表面和刀杆的锥柄就会被划伤，甚至会使刀杆发生偏斜，破坏刀杆的正确定位，影响零件的加工精度，
甚至会使零件超差报废。
为了保持主轴锥孔的清洁，常采用的方法是使用压缩空气经主轴内部通道吹屑，清除主轴孔内不洁。
数控机床电主轴结构设计设计
本科毕业设计论文题目数控机床电主轴结构设计系别机械工程系专业机械设计制造及其自动化班级机械002班学号 10040103 学生姓名冀璐指导老师王恪典2014年6月摘要数控加工技术将高柔性，高精度，高速加工技术融为一体，可以解决机械产品制造中的诸多难题，如获得特殊的加工精度和表面质量。
因此，高速数控机床是装备制造业的技术基础和发展方向之一，是装备制造业的战略性产业，其技术水平的高低和拥有量的多少也是衡量一个国家制造业水平高低的标志。
高速加工技术的迅猛发展和高速数控机床需求量的快速增长，而超高速电主轴是实现高速数控加工技术的重要部件，因此对高速电主轴技术提出了新的要求和挑战。
作为高速数控机床的核心部件，电主轴是高速主轴中的一种理想结构，电主轴是一种智能型功能部件，不但转速高，功率大，还具有控制主轴温升与振动等机床运行参数的功能，因此是承载高速切削技术的主体之一，其性能的好坏在很大程度上决定了整台机床的加工精度和生产效率。
本文以额定转速20000r/min，功率4kw，为设计要求进行相应的结构设计，设计内容包括：（1）电主轴的主轴尺寸设计，根据额定转速20000r/min，功率4kw和基本的机械设计知识。
确定最小轴向尺寸，同时根据相应的计算确定最长外伸端。
并以此确定主轴的整体尺寸。
（2）轴承的选择与冷却系统的设计，轴承的选用混合陶瓷球轴承，其具有高速，高刚度，大功率，长寿命的特点。
冷却系统采用外置水冷。
（3）电主轴壳体尺寸的设计，根据上面的设计完成壳体的相应设计，并使其满足壳体设计的相应要求。
特别是尺寸精度的要求比较高，壳体的尺寸精度直接影响主轴的综合精度。
关键词：电主轴,主轴,轴承,冷却系统,壳体ABSTRACTThe highly flexible CNC machining technology,high-precision,high-speed machining technology integration can solve mechanical products in the manufacture of many problems,such as access to special machining accuracy and surface quality. Thus , high-speed CNC machine tools is one of the technology infrastructure and the development direction of the equipment manufacturing industry,equipment manufacturing industry is a strategic industry,the technology and the level of ownership is also a measure of how much the level of a country's manufacturing signs. The rapid development of fast-growing and high -speed machining technology CNC machine tools demand,while the ultra high-speed spindle is an important component to achieve high-speed CNC machining technology,so the high-speed spindle technology raised new demands and challenges. As a core component of the high-speed CNC machine tools,spindle structure is an ideal high-speed spindle , the spindle is an intelligent features,not only high speed, high power, but also has control of the spindle vibration,temperature and operating parameters of the machine function,and therefore one of the main bearing high-speed cutting technology, its performance largely determines the machining accuracy and efficiency of the whole machine . In this paper, the rated speed 20000r/min, power 4kw, corresponding to thedesign requirements for structural design , design elements include : (1)Spindle spindle size of the design,according to the rated speed 20000r/min, power 4kw and basic knowledge of mechanical design . Determine the minimum axial dimension , while identifying the longest extended end according to the corresponding period. And thus determine the overall size of the spindle.(2)Selection and design of the cooling system of the bearing , the selection of hybrid ceramic bearing ball bearing , which has the characteristics of high-speed, high stiffness , high power, long life . Cooling system uses an external water cooling.(3)Spindle housing size design, according to the above design is completed the appropriate design of the housing and make housing designed to meet the corresponding requirements . Especially the dimensional accuracy requirements are relatively high, the dimensional accuracy of the housing directly affects the integrated precision spindle .KEY WORDS:Electric Spindle,Bearing spindle,Cooling system ,Housing select目录摘要............................................................... ABSTRACT.. (II)1 绪论 01.1 论文的研究背景及意义 01.1.1 论文研究的背景 01.1.2 论文研究的意义 01.2 国内外研究现状 (1)1.2.1 国内研究现状 (1)1.2.2 国外研究现状 (2)1.3 国内外数控机床电主轴的未来的发展趋势 (2)1.3.1电机的研发 (2)1.3.2轴承的研发 (3)1.4 本论文研究的目的和内容 (4)2 电机驱动形式、控制方式 (5)2.1电主轴的结构图 (6)2.2 电主轴结构设计要求 (6)2.2.1 设计要求; (6)2.3 引言： (6)2.4 电机的控制形式： (6)2.4.1 普通变频驱动和控制 (6)2.4.2 矢量控制驱动器的驱动和控制 (7)2.5 电主轴控制形式和驱动形式的选择 (9)3 主要零部件的设计 (10)3.1 轴承的选择 (10)3.1.1 引言 (10)3.1.2 主轴最小截面的估算： (10)3.1.3 轴承选择： (10)3.1.4 轴承参数的确定： (10)3.1.5 轴承的润滑方式： (11)3.1.6 轴承的排列方式： (11)3.1.7 轴承预载荷的确定： (12)3.2 电主轴主轴的设计 (12)3.2.1 引言 (12)3.2.2 主轴的外伸端及跨距的计算： (12)3.2.3 主轴的径向尺寸： (14)3.2.4 主轴的校核： (15)3.3 转子和定子的设计 (16)3.3.1 引言 (16)3.3.2 动态过盈和静态过盈计算 (16)3.3.3 转子与定子配合的选择 (18)3.3.4 定子与转子配合公差的校核 (18)3.4 轴承寿命的估算 (18)3.4.1 引言 (18)3.4.2 轴承寿命的分析： (18)3.4.3 轴承寿命计算公式 (18)3.4.4 角接触球轴承滚珠的偏心率的计算 (19)3.4.6 陶瓷球的离心力的计算： (20)L的计算： (20)3.4.7103.4.8 R的计算如下所示： (21)L的计算 (22)3.4.9 轴承4 辅助系统的设计 (24)4.1 冷却系统的设计 (24)4.1.1 引言： (24)4.1.2 电主轴发热分析： (24)4.1.3 机械损失: (24)4.1.4 电损耗： (25)4.1.5 磁损耗： (26)4.1.6 陶瓷球轴承的发热计算： (26)4.2 冷却液流量的及冷却油管直径的确定 (27)4.2.1 引言 (27)4.2.2 冷却液流量的确定： (27)4.2.3 管道的尺寸确定 (28)4.3 润滑系统的选择： (28)4.4 电主轴轴壳的尺寸 (29)4.4.1 引言： (29)4.4.2 轴壳的尺寸 (29)5 结论与展望 (30)致谢 (32)参考文献 (34)1 绪论1.1 论文的研究背景及意义1.1.1 论文研究的背景随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品日趋精密复杂，且要求频繁改型，特别是在宇航，造船，军事等领域所需的机械零件，精度要求高，形状复杂，批量小。
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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
在数控铣床的主轴结构设计优化中，想要保证主轴结构的稳定性和可靠性就需要在设计阶段，就对设计工作进行严格的控制，对数控铣床的主轴进行优化设计，在初始阶段，就做好一系列的检测，检测好主轴的功能性和可靠性，尽量减少误差，这样能够在一定程度上促进主轴结构应用的可靠性和质量。
另外在主轴结构的设计阶段，还要针对主轴应用过程中可能出现的问题，进行提前的预防。
比如说主轴结构在使用的过程中就很容易出现热误差，因此在设计阶段，就需要加强对主轴的冷却系统设计技术，先进的冷却系统，减少热量的产生，并对于主轴的结构薄弱处进行一定的强化和检测，加大主轴与电动机之间的距离，防止电动机在使用过程中产生的过多热量，对主轴的运转造成不利影响。
通过主轴设计阶段的结构优化，可以有效避免其在使用过程中出现各种误差和故障[1]。
2.2 进行温度控制
温度控制是数控铣床主轴结构设计中的必要环节，通过温度控制，可以有效避免数控铣床的主轴在后续的使用过程中，因为温度过高而造成各种故障，从而提高主轴的运行稳定性和质量。
温度控制主要通过冷却系统来完成，其中包括了出水管、回水管、冷却泵等部件，将这些安装在铣床底座的内腔中，通过冷却泵的不断加压和运转，实现切削区的冷却作业，这样能够有效降低数控铣床在运转的过程中释放过多的热量，对主轴运行造成影响。
在数控铣床的冷却系统中，传统的冷却系统是通过风冷系统或者水冷系统来进行的，这在一定程度上能够降低数控铣床在运行过程中产生的热量，但是现在随着数控铣床应用的不断增加，其工作的精确度和效率要求也逐步提高，单一的风冷系统和水冷系统已经无法满足温度控制的要求，所以在现在的数控铣床温度控制工作中，可以将风冷与水冷系统进行有效的结合，但是这样也面临着一个十分突出的问题，就是其运转的过程中，会消耗大量的能源[2]。
2.3 主轴结构优化
这里指的主轴结构优化，主要指的是数控铣床中的主轴及其相关部件的结构设置，一般在数控铣床中，为了能够提高主轴的运行效率，防止热量过高造成故障，会注意将电动机进行后置安装，尽量控制电动机与主轴之间的距离，尽量使二者远离，这样电动机在运行的过程中产生的热量，就不会对主轴造成过多的影响。
另外，将电动机安装在远离主轴的位置，还可以在其余位置来安装散热设备或冷却系统，这样也可以有效降低主轴的热误差[3]。
2.4 设置主轴测温点
在数控铣床的主轴设计优化过程中，对主轴测温点的优化是其中十分重要的内容，由于数控铣床本身具有较高的精密度和复杂性，所以在数控铣床的使用过程中，很多因素都会对其热变形产生影响，测温点的选择很大程度上会影响到数控铣床的热误差，如果常温点的选取不科学，就会使得数控铣床的温度控制工作效率低下，影响热误差模型的预测精度。
所以在进行数控铣床的主轴测温点优化
工作时，需要科学合理的选择测温点，将测温点设置在合理的位置，但是又不能设置过多，防止测温工作耗费大量的人力和物力，影响主轴的温度控制。
在实际的数控铣床主轴测温点选择时，一般会根据数控铣床运行中产生的实际热量大小来进行选取，尽量全面和科学的了解到主轴的温度情况，从而进行有效的控制[4]。
3 结束语
数控铣床在现代工业高速切削工作中应用十分普遍，极大提高了切削工艺的质量和效率，给我国的工业生产和加工提供了极大的便利。
在数控铣床的结构中，主轴是十分重要的部分，主轴的结构和质量，直接影响着数控铣床的运行质量和效率，因此需要对主轴的结构进行优化设计，保证其整体的功能性和稳定性。
参考文献
[1] 伍伟敏.数控铣床主轴减小热误差的结构优化设计[J].山东工业技术，2017，（12）：13.
[2] 崔思明，鲁丙亮.关于数控机床的主轴部件结构分析以及维护方法[J].科技创新与应用，2016，（32）：135.
[3] 罗生梅，乔田忠.JY-5数控铣床主轴动态特性分析[J].机械制造，2015，53（08）：15-17.
[4] 崔陈龙.数控铣床结构及功能特点浅析[J].装备制造技术，2011，（05）：135-136，139.
戴方舟（1990-），男，湖北武汉人，学历：学士，研究方向：机械设计制造与自动化。