数控机床电主轴结构设计毕业设计.doc

目录 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月目录VV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VABSTRACTThe 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 IABSTRACT III1 绪论 11.1 论文的研究背景及意义 11.1.1 论文研究的背景 11.1.2 论文研究的意义 11.2 国内外研究现状 21.2.1 国内研究现状 21.2.2 国外研究现状 31.3 国内外数控机床电主轴的未来的发展趋势 31.3.1电机的研发 31.3.2轴承的研发 41.4 本论文研究的目的和内容 52 电机驱动形式、控制方式 72.1电主轴的结构图 72.2 电主轴结构设计要求 72.2.1 设计要求; 72.3 引言： 72.4 电机的控制形式： 72.4.1 普通变频驱动和控制 82.4.2 矢量控制驱动器的驱动和控制 82.5 电主轴控制形式和驱动形式的选择 103 主要零部件的设计 113.1 轴承的选择 113.1.1 引言 113.1.2 主轴最小截面的估算： 113.1.3 轴承选择： 113.1.4 轴承参数的确定： 113.1.5 轴承的润滑方式： 123.1.6 轴承的排列方式： 123.1.7 轴承预载荷的确定： 133.2 电主轴主轴的设计 133.2.1 引言 133.2.2 主轴的外伸端及跨距的计算： 133.2.3 主轴的径向尺寸： 153.2.4 主轴的校核： 163.3 转子和定子的设计 173.3.1 引言 173.3.2 动态过盈和静态过盈计算 173.3.3 转子与定子配合的选择 193.3.4 定子与转子配合公差的校核 193.4 轴承寿命的估算 193.4.1 引言 193.4.2 轴承寿命的分析： 193.4.3 轴承寿命计算公式 193.4.4 角接触球轴承滚珠的偏心率的计算 203.4.6 陶瓷球的离心力的计算： 213.4.7 的计算： 213.4.8 R的计算如下所示： 223.4.9 轴承的计算 234 辅助系统的设计 254.1 冷却系统的设计 254.1.1 引言： 254.1.2 电主轴发热分析： 254.1.3 机械损失: 254.1.4 电损耗： 254.1.5 磁损耗： 264.1.6 陶瓷球轴承的发热计算： 274.2 冷却液流量的及冷却油管直径的确定 284.2.1 引言 284.2.2 冷却液流量的确定： 284.2.3 管道的尺寸确定 294.3 润滑系统的选择： 294.4 电主轴轴壳的尺寸 294.4.1 引言： 304.4.2 轴壳的尺寸 305 结论与展望 31致谢 33参考文献 35VXXV1 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。

加工这类产品需要经常改装和调整设备，普通机床已不能适应这些要求，数控机床应用而生，这种新型机床具有适应性强，加工精度高，加工质量稳定和生产效率高等优点 特别是高速数控机床在我国实现现代化的进程中也占有重要的地位它是装备制造业的技术基础和发展方向之一，是战略性产业同时，高速加工技术在提升零件表面质。