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南京工程學院 畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯 原 文 題 目：Vibration Response Analysis on Spindle Systemof Milling Machine 原 文 來 源：Applied Mechanics and Materials ISSN: 1662-7482, Vol. 741, pp 435-440 學 生 姓 名： 柯珂 學 號： 231120418 所在院(系)部 : 工業(yè)中心 專 業(yè) 名 稱： 機械設(shè)計制造及其自動化 銑床主軸系統(tǒng)的振動響應(yīng)分析 Yao Tingqiang, Tan Yang, Huang Yayu 關(guān)鍵詞： 剛度;頻率響應(yīng)分析;主軸系統(tǒng);銑床 摘要： 滾動軸承的動態(tài)特性和動力學參數(shù)對諸如旋翼系統(tǒng)，齒輪系統(tǒng)和主軸系統(tǒng)非常重要的影 響。旋轉(zhuǎn)電機的頻率受不同位置滾動軸承動力學參數(shù)的影響。研究滾動軸承等效動力學參數(shù)主軸系統(tǒng)和多體模型是在工作中的目的一種新的方法。柔性主軸體由固定接口組件模式的方法構(gòu)成。通過等效彈簧和阻尼元件建立了滾動軸承主軸系統(tǒng)的四種不同的模型。主軸體和主軸系統(tǒng)的實驗已經(jīng)在進行。實驗模態(tài)頻率已經(jīng)被沖擊振動試驗和掃頻振動試驗了。主軸系統(tǒng)的頻率和振動響應(yīng)已經(jīng)通過調(diào)節(jié)等效彈簧和阻尼元件最小化計算和試驗頻率之間的誤差計算。結(jié)果顯示線性相等和不相等的彈簧和阻尼模型的頻率的誤差大是除了第一頻率。然而，非線性不平等的彈簧和阻尼模型的誤差較小。非線性不等的彈簧和阻尼模型的預測頻率是最準確的，并與實驗結(jié)果吻合。該方法可用于精確計算非線性等效剛度參數(shù)的多體系統(tǒng)滾動軸承。 本文呈現(xiàn)的工作目的是為了探尋一種建立滾動軸承等效動力參數(shù)主軸系統(tǒng)的多體模型的新方法。 一、介紹: 旋轉(zhuǎn)的力學性能一直受滾動軸承的動態(tài)特性的影響。滾動軸承的關(guān)節(jié)面的動態(tài)特性和時間變化是非線性的。滾動軸承的動態(tài)和主軸系統(tǒng)的動力學參數(shù)已被許多研究者研究。單滾動軸承被認為有更多的因素去研究，如潤滑，保持架，波紋度，粗糙度。多體系統(tǒng)與滾動軸承的動態(tài)一直是近期一個重要的研究領(lǐng)域。滾動軸承的動力學參數(shù)通常等同于主軸系統(tǒng)的動力學分析線性彈簧和阻尼元素。模態(tài)試驗和參數(shù)識別的方法一般適用于計算等效剛度和阻尼參數(shù)[1]。主軸系統(tǒng)的線性等效剛度參數(shù)和動力學模型構(gòu)建和由AMSharan [2]，WRWang和CNChang [3]，KWWang和CHChen [4] ..線性等效的模型計算的模態(tài)頻率主軸齒輪系統(tǒng)由TQYao構(gòu)造和動力學分析[5]。主軸工具保持器的界面剛度建模方法和主軸系統(tǒng)的有限元分析已經(jīng)由X.S.Gao [6]進行。高速主軸系統(tǒng)動力學的有限元建模與主軸座工具接頭和主軸系統(tǒng)的動態(tài)特性接口效應(yīng)已經(jīng)被B.WANG討論[7,8]。主軸系統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)有限元模型掘進機已建成并使用參數(shù)辨識方法，通過X.Han線性剛度和阻尼參數(shù)已經(jīng)確定[9]。用不同的線性和非線性關(guān)節(jié)參數(shù)主軸系統(tǒng)的等效動力學模型的方法進行了討論，并在工作中出現(xiàn)驗證。 二、主軸系統(tǒng)模型 2.1靈活的主軸模式 圖一，切刀固定在N1位置，雙列滾子軸承及固定在N2等效位置，兩個角球軸承固定在由面對面N3的等效位置，從動齒輪被組裝由多個花鍵N4相當于位置。主軸的有限元模型由模態(tài)綜合方法構(gòu)建。 A三維模型 B二維投影 C 彈簧減震器模型 圖1主軸組件的模型 在本次調(diào)查中，使用固定接口組件的方法靈活的主軸建模。這種方法是基于瑞利 - 里茲法由克雷格和班普頓開發(fā)。在該方法的復雜結(jié)構(gòu)被劃分成其邊被細分為正常和約束模式的組件。正常模式由求解本征值問題獲得。 (1) 其中K和M是剛度和質(zhì)量矩陣。結(jié)構(gòu)的邊界分別固定在通過接口點表示的軸承位置。感興趣的正常模式的數(shù)量取決于所感興趣的應(yīng)用和頻帶。約束模式是通過將單位位移到每個邊界節(jié)點同時限制其他邊界節(jié)點的自由度得到靜態(tài)變形的形狀。約束模式在柔性體數(shù)目取決于接口點數(shù)目。每個接口點與約束模式相關(guān)，約束模式各成分的自由度通過使用模態(tài)置換升減少。 (2) 其中，UL是在組件內(nèi)部節(jié)點（內(nèi)部節(jié)點）的位移，UB是節(jié)點組分（邊界節(jié)點）的邊界，是自然模式，UC是約束模式，和QN是的廣義坐標上的位移自然的模式。整個模型的行為通過組裝各成分的反應(yīng)進行分析。 主軸的圖2中的有限元 訂單/頻率計算實驗 相對誤差 1 1350.4 3486.1 0.34% 2 3486.1 3366.5 3.55% 表1計算的和實驗結(jié)果的相對誤差 A一個第一彎頻率，F(xiàn)1 =1350.4Hz B中的第二個彎道頻率，F(xiàn)2 =3486.1Hz 圖2主軸的頻率 計算和實驗頻率的相對誤差如表1所示。在第一和第二頻率的振動模式示于圖2。相對計算誤差和試驗頻率之間的誤差小。 2.2等效動態(tài)軸承型號 造型與彈簧阻尼元方法軸承動態(tài)的一個關(guān)鍵方面是獲得總力和作用于整個滾動軸承的時刻。在目前的模型中，線性和非線性彈簧阻尼元件被認為分別作為分析的一部分。在參考文獻[11]，在位置N2和N3的線性和等效剛度一直由模態(tài)試驗和參數(shù)識別方法進行計算。彈簧阻尼元件模型顯示在圖1c。為了得到的滾動軸承的相對準確的支撐剛度參數(shù)，計算出的和實驗的頻率之間的相對誤差應(yīng)該通過調(diào)整線性和等效彈簧阻尼參數(shù)最小值。但是，這種方法只能實現(xiàn)了第一彎曲頻率，誤差在參考其他頻率時過大。 2.3動態(tài)主軸系統(tǒng)模型 該軸是由有限元建模和各滾動軸承由彈簧阻尼元件建模。其中，該軸承支持在主軸接口點在點建立。這些接口點重合在重力的軸承內(nèi)圈中心。因此，動態(tài)響應(yīng)從一個模型傳遞到其他模型。圖1描繪了這些接口點相互作用，如雙頭箭頭指示動態(tài)響應(yīng)的交換，從兩側(cè)即，滾動軸承和主軸發(fā)生。如前面提到的，滾動軸承具有單件外圈。因此，兩個彈簧減震器裝置的外座圈代表每個軸承被剛性連接到軸承座。最后，軸承座通過一個固定的約束連接于主軸箱。 （3） 其中，M是總質(zhì)量矩陣，C是總潮濕矩陣，KL和KN是線性和非線性剛度矩陣，Q是廣義坐標向量，F(xiàn)是廣義的負荷，n是非線性的因素，當滾子軸承線性接觸，N= 10/9和滾珠軸承點接觸，N =3/2 公式（3）通過線性化方法與RecurDyn的約束多體系統(tǒng)解決。如果滾動軸承的剛性已經(jīng)給出，主軸系統(tǒng)的頻率將被計算。主要細節(jié)在參考文獻[10]中討論。四種型號的靈活主軸，剛性主軸箱，剛性軸承座和不同的彈簧阻尼器在本文中討論。這四個模型是線性的，平等的彈簧阻尼器模型（①LESDM），線性和不平等的彈簧阻尼器模型（②LUSDM），非線性和平等彈簧阻尼器模型（③NESDM），非線性和不平等的彈簧阻尼器模型（④NUSDM ）。 (4) 三、結(jié)果與討論 實驗和分析結(jié)果佐證。主軸和主軸系統(tǒng)由彈簧減震器主軸模型所預測的頻率與來自主軸系統(tǒng)試驗臺獲得的結(jié)果證實了顯示在圖4和圖5。 a主軸的脈沖激勵 b 實驗頻率由脈沖激勵主軸的頻率 他主軸組件的正弦掃頻振動試驗已被應(yīng)用到測試頻率響應(yīng)和查詢的等效動力學。主軸組件包括主軸，主軸箱，滾動軸承及軸承座。為了得到精確的頻率響應(yīng)，所述掃描頻率范圍為100Hz至3000Hz和掃描頻率增量被選擇為0.5Hz的。主軸部件的第一三個數(shù)量的頻率分別為f1=317.4Hz，F(xiàn)2 =1540.4Hz，F(xiàn)3 =2244.0Hz。 a 振動試驗的照片 b 100-3000赫茲的頻率響應(yīng)結(jié)果 圖5 主軸系統(tǒng)的正弦掃頻振動試驗 在主軸部件的N2和N3的位置的等效剛度參數(shù)已經(jīng)由公式計算。（4）和在RecurDyn的軟件優(yōu)化分析。計算和實驗結(jié)果和相對誤差在表2顯示。 模型 位置 頻率/ Hz 相對誤差（％） N2 N3 1 2 3 1 2 3 1 1.45e4 1.45e4 316.5 714.9 1614.2 -0.28 -53.59 -28.04 3.02e4 3.02e4 317.9 946.3 1553.8 0.16 -38.57 -30.77 2 3.56e5 43.65e 2.8e4 1041.8 1551.6 -0.03 -32.37 -30.86 3 3.56e5 5e4 317.6 1455.7 2428.7 0.06 -5.50 8.22 4 6e5 3.24e5 317.1 1501.2 2246.8 -0.03 -2.49 0.09 實驗 / / 317.4 1540.4 2244.3 / / / 主軸系統(tǒng)的頻率和振動響應(yīng)已通過調(diào)整等效彈簧和阻尼元件，以最大限度地減少錯誤和實驗頻率計算。然后用所提出的方法計算了等效剛度參數(shù)。 一般來說，在主軸頭N2的徑向剛度大于后端N3實現(xiàn)銑削質(zhì)量。在標簽2中，除了一階頻率，lesdm和lusdm的頻率誤差很大。①lesdm和②lusdm的第一頻率是否準確影響高階頻率。①lesdm和②lusdm可以應(yīng)用于計算的等效剛度參數(shù)是不準確的。對③nesdm和④nusdm頻率誤差小，對④nusdm結(jié)果是最準確的。 圖5是正弦掃頻振動試驗振動試驗，B的頻率響應(yīng)效果的照片根據(jù)赫茲接觸理論得來，接觸動力學和滾動軸承振動是非線性的。因此，在主軸頭N2滾子軸承的徑向剛度的載荷 - 變形因數(shù)被表現(xiàn)為線接觸因子10/9。在后N3角接觸球軸承的負荷 - 變形因數(shù)被表現(xiàn)為點接觸因子3/2。 A F1 =317.1Hz B F2 =1501.2Hz C F3 =2246.8Hz 圖6。由④NUSDM主軸組件的頻率 由④NUSDM支承主軸組件的頻率被顯示在圖6。一階頻率為主軸，框和④NUSDM317.1Hz耦合振動的剛性。第二和第三階頻率1501.2Hz和2246.8Hz。它們聯(lián)接軸的撓曲變形振動和④NUSDM.④NUSDM通常是強大的非線性模型，并得到非線性非等價彈簧和阻尼元素。的④NUSDM和主軸的動態(tài)模型已經(jīng)由計算結(jié)果驗證。它可以應(yīng)用到精確計算等效剛度參數(shù)為在多體系統(tǒng)滾動軸承。 4、 結(jié)論 主軸的身體和主軸組件的模型已經(jīng)構(gòu)建有限元具有同等彈簧阻尼元素。振動響應(yīng)的模擬正在進行中。計算出的頻率與由脈沖激勵和正弦掃頻振動試驗的實驗結(jié)果進行比較。因此，等效剛度參數(shù)通過最小化所計算的和實驗的頻率之間的誤差進行計算?，F(xiàn)在，從NUSDM模型獲得的結(jié)果和測試結(jié)果之間具有良好的協(xié)議也將是所提出的方法的有效性的合理的證據(jù)。所提出的方法和模型都是通用的，可用來研究頻率、振動響應(yīng)和主軸系統(tǒng)的動態(tài)特性。 五、致謝 作者在此感謝通過項目NSFC-11002062，NSFC-11462008和科研基金由中國政府提供的資金用于科學技術(shù) - KKSA201101018昆明理工大學引進人才。 參考文獻 [1] GAO Shanghan. 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Study of equivalent dynamic parameter identification method of XK8140 CNC milling machine spindle system[D][MASTER THESIS]. Kunming: Kunming University of Science and Technology,2006. 南京工程學院 工 業(yè) 中 心 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 題目： 車銑復合機床A28電主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： D機加工122 學 號：231120418 學生姓名： 柯珂 指導教師： 劉桂芝 2016年 3月 11 日 本科畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告 學生姓名 柯珂 學 號 231120418 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 指導教師姓名 劉桂芝 職 稱 研究員級高級 工程師 所在院系 工業(yè)中心 課題來源 D、自擬課題 課題性質(zhì) A、工程設(shè)計 課題名稱 車銑復合加工機床A28電主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計的 內(nèi)容和意義? 采用文獻分析法、比較法的方法，進行車銑復合加工機床A28電主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計，主要是主軸箱零件，包括主軸箱主軸，軸承隔套,鎖緊螺母, 迷宮法蘭，齒形皮帶輪，皮帶輪、聯(lián)結(jié)法蘭等。 畢業(yè)設(shè)計的具體內(nèi)容： 1、進行機械制圖繪制，繪制主軸箱裝配圖，主軸、軸承、螺母等零件圖，和繪制主軸動平衡圖,輸出功率和扭矩圖。 2、設(shè)計計算主軸切削扭矩，進行主軸的受力分析，計算主軸的剛度，計算軸承的壽命，分析軸承的剛度，磨損，潤滑等。 3、分析技術(shù)經(jīng)濟和個零件的成本。 4、翻譯有關(guān)外文資料并撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書。 本課題研究的意義： 本課題對車銑復合加工機床A28電主軸結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計，車銑復合機床常應(yīng)用于航空航天、汽車和模具等制造業(yè)中，其意義如下： 1、車銑復合高速電主軸使用內(nèi)裝式電機,取消了諸如齒輪、皮帶等中間傳動環(huán)節(jié),實現(xiàn)了機床的“零傳動”。銑車復合加工集傳統(tǒng)銑削與車削加工技術(shù)于一身，可顯著提高機械加工效率、降低生產(chǎn)加工成本。實現(xiàn)主軸的C軸功能，機床在加工時直接帶動零件作旋轉(zhuǎn)運動并與機床的X軸或與機床的Z軸聯(lián)動，提高機床的生產(chǎn)率。 2、了解到我國現(xiàn)在電主軸的技術(shù)實力較弱，創(chuàng)新能力嚴重不足，電主軸的關(guān)鍵可信部件不過關(guān)，與國外相比，我們還有很大的差距。了解到現(xiàn)代車銑復合電主軸向高速度。高精度、高生產(chǎn)率方向發(fā)展。通過對A28復合電主軸系統(tǒng)的設(shè)計，為以后更好的研究電主軸的高速、高精度化提供必要的理論依據(jù)。 3、針對這次設(shè)計，經(jīng)常翻閱文獻，對比各種書籍，認真分析，積極與同學討論，向老師詢問問題，增強了自己學習能力。在設(shè)計過程中，運用了許多的書本知識，并發(fā)現(xiàn)這些知識都是在課堂上學習的，也對自己大學四年的學習進行了一個總的概述。 英文期刊文章引用：作者. 題名. 期刊名, 出版年份，期號：起止頁碼 文獻綜述 一 、引言 隨著數(shù)控應(yīng)用技術(shù)、計算機技術(shù)以及機床研發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，復合機床技術(shù)應(yīng)然 而生[1]。復合加工指的是在某一設(shè)備上能夠?qū)崿F(xiàn)的多工序加工技術(shù)的總稱，即當工件裝夾完成后能通過控制系統(tǒng)完成車削、銑削、鉆削、鏜削等加工，因此復合加工擁有它非常優(yōu)越的特點[2]。高檔數(shù)控機床正向高速度、高精度、高剛度、高效率、復合化方向發(fā)展，具有諸多優(yōu)點的銑車加工中心是現(xiàn)代數(shù)控機床發(fā)展方向之一。 二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 早在20世紀50年代，就已出現(xiàn)了用于磨削小孔的高速電主軸，當時的變頻器采用的是真空電子管，雖然轉(zhuǎn)速高，但傳遞的功率小，轉(zhuǎn)矩也小。隨著高速切削發(fā)展的需和功率電子器件、徽電子器件和計算機技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了全固態(tài)元件的變頻器和矢量控制驅(qū)動器；加上混合陶瓷球軸承的出現(xiàn)，使得在20世紀90年代初出現(xiàn)了用于銑削、鉆削、加工中心及車削等加工的大功率、大轉(zhuǎn)矩、高轉(zhuǎn)速的電主軸[3]。 在國外，高速電主軸已成為一種機電一體化的高科技產(chǎn)品，由一些技術(shù)水平很高的專業(yè)工廠生產(chǎn)。國際上著名的電主軸生產(chǎn)廠家主要有：瑞士的FIScHER公司，IBAG公司和sTEP-TEc公司，德國的GMN公司和FAG公司，美國的PREcIsE公司，意大利的GAMFIOR公司和FOE姒T公司，日本的NSK公司和KOYO公司。以及瑞典的SKF公司等。當前國內(nèi)外專業(yè)生產(chǎn)電主軸廠家多達幾十家[4]。在國外的廠家中，以德國G刪和瑞士FIScHER名氣最大、產(chǎn)品性能和質(zhì)量也較好。 隨著先進的電氣傳動技術(shù)(如變頻調(diào)速技術(shù)、電動機矢量控制技術(shù)等)在高速機床上的廣泛應(yīng)用，大大地簡化了高速機床主傳動的機械結(jié)構(gòu)。高速機床基本上取消了帶傳動和齒輪傳動等中間傳動環(huán)節(jié)，其主軸由內(nèi)裝式電機直接驅(qū)動，從而把機床主傳動鏈縮短為零，實現(xiàn)了機床主軸的“零傳動”[5]。 三、發(fā)展趨勢 高速電主軸的結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、響應(yīng)特性好，并可改善主軸的動 平衡，減少振動和噪聲。是高速機床主軸單元的理想結(jié)構(gòu)[6]。 隨著機床技術(shù)、高速切削技術(shù)的發(fā)展及實際應(yīng)用的需要，對機床電主軸的性 能也提出越來越高的要求，電主軸技術(shù)的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面[7][8]： (1)向高速度、高剛度方向發(fā)展 (2)向高速大功率、低速大轉(zhuǎn)矩方向發(fā)展 (3)進一步向高精度、高可靠性和延長工作壽命方向發(fā)展 (4)電主軸內(nèi)裝電機性能和形式多樣化 (5)向快速啟、停方向發(fā)展 (6)軸承及其預載荷施加方式、潤滑方式多樣化 (7)刀具接口逐步趨于HSK刀柄技術(shù) 文獻綜述 (8)向多功能、智能化方向發(fā)展 為了適應(yīng)國內(nèi)外市場的需要，滿足用戶對高速、高精度及復合加工的需求，最大限度地一次性完成所有零件的表面加工，機床多軸復合加工已日益普及，數(shù)控機床向復合化發(fā)展的趨勢已經(jīng)相當明顯，精密、高效雙電主軸銑車(車銑)復合加工中心的出現(xiàn)和發(fā)展就充分地體現(xiàn)了這種變化的趨勢，馬維新[9]等介紹了德國西門子公司的雙主軸數(shù)控機床，并對同步電主軸進行了研究。。雖然銑車(車銑)復合加工中心的出現(xiàn)還不到20年，但發(fā)展速度很快，產(chǎn)品性能越來越完善’。由于該設(shè)備加工適應(yīng)能力強、工 藝范圍廣、裝夾次數(shù)少、節(jié)約輔助時間、提高加工精度，深受航天、航空、兵器、汽車、能源及其他重點領(lǐng)域[10]。 四、設(shè)計問題與解決 現(xiàn)代機床普遍精度不高，效率低，所以導致產(chǎn)品水平不高，但車銑復合高速電主軸的結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、響應(yīng)特性好，并可改善主軸的動平衡，減少振動和噪聲，是高速機床主軸單元的理想結(jié)構(gòu)。數(shù)控車床只能做軸向零件加工，主軸并不具備c軸功能，當需要進行工件表面加工的時候，就需要用到c軸功能，所以需用到車銑復合加工機床。車銑復合加工機床A28電主軸系統(tǒng)是由內(nèi)藏式電主軸及高精度速度與位置反饋裝置組成，使機床的主軸具有C軸功能，機床在加工時直接帶動零件作旋轉(zhuǎn)運動并與機床的X軸或與機床的Z軸聯(lián)動，實現(xiàn)插補，完成零件的銑削功能。 為實現(xiàn)機床的C軸功能，通常C軸傳動機構(gòu)前端的齒輪通過液壓缸的拉動與主軸后端的齒輪嚙合，動作簡單，經(jīng)常會出現(xiàn)齒頂齒的狀況，使機床出現(xiàn)故障，多數(shù)情況嚙合不上。用機械傳動的方式實現(xiàn)C軸功能，主要是在不用改變主軸箱的基礎(chǔ)上，增加一個C軸主軸箱就行，不過C軸控制箱傳動軸只能通 過錐形環(huán)聯(lián)軸套與主軸后端相連，使用的場合比較少，用起來十分麻煩。 C軸功能就是C軸繞主軸進行回轉(zhuǎn)。為了更好的實現(xiàn)C軸功能的方式主要有三種。第一種由電主軸直接驅(qū)動，電主軸的驅(qū)動慣性小，徹底的消除了傳動鏈的間隙，切削較小零件和材質(zhì)較軟的材料時，如加工銅及銅和金、鋁及鋁合金，精度和零件表面質(zhì)量都會高，切削高硬質(zhì)零件時也會滿足零件的功能性要求。第二種是伺服主軸電機由帶輪驅(qū)動，用帶輪驅(qū)動方式轉(zhuǎn)矩要比主軸的轉(zhuǎn)矩大，所以只能加工一些較大的零件。第三種用進給伺服電機經(jīng)減速器驅(qū)動。由于減速器的減速 比很大，所以 C 軸的輸出扭矩也很大。當工 件主軸用作車削加工時需高速旋轉(zhuǎn)，這時 C 軸的動 力傳動系統(tǒng)必須與工件主軸脫離，否則會成為車削主 軸的阻礙。三種方式對比之下。電主軸驅(qū)動的方式實現(xiàn)C 軸功能是最好不過的[11]。 現(xiàn)階段復合機床電主軸的潤滑、冷卻是主要解決的問題 ，電主軸的軸承承主要有流體靜壓軸承、磁懸浮軸承和滾動軸承。而滾動軸承是高速電主軸的主要支撐元件且首 文獻綜述 先選擇的是角接觸軸承，因為角接觸球軸承具有很好的高速性能。 軸承的潤滑主要是為了降低滾珠與滾道的摩擦阻力、減輕磨損和延長軸承壽命，保證軸承正常工作。所以現(xiàn)在軸承的潤滑裝置一般采用油一氣潤滑[12]或油霧潤滑系統(tǒng)。油霧潤滑雖然潤滑效果良好，價格也比較便宜，但是會污染環(huán)境。所以選擇油氣潤滑。電主軸的冷卻主要指內(nèi)裝式主軸電機的冷卻，電主軸運轉(zhuǎn)時溫度不能高，但也不能太低，一般大于20℃，最高不超過40℃，所以一般選擇油．水油交換系統(tǒng)進行復合電主軸的冷卻。 影響主軸部件工作性能的主要因素是它的剛度特性，在設(shè)計主軸部件時，應(yīng)綜合考慮力、扭矩、傳動力的作用，來決定有關(guān)參數(shù)。軸承的徑向剛度隨著預緊力的增加而增大，也就是說，主軸剛度隨著前軸承剛度的增加而顯著增大。但后軸承預緊力的變化對主軸剛度的影響不大，而隨著前軸承預緊力的增加，主軸剛度則顯著增大。 文獻綜述 參考文獻 1、吳寶海，車銑復合加工的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用前景[J]．航空制造技術(shù)，2010，19：43—45． 2、南朝子．車銑復合機床改造的探索[J]．甘肅科技，2002，19(1)：66-72． 3、李彥．數(shù)控機床高速電主軸技術(shù)及應(yīng)用[J]．哈爾濱軸承，2010，31(2)：46—48． 4、閆紅衛(wèi)，徐同申．國內(nèi)高速電主軸的應(yīng)用與發(fā)展[J]．現(xiàn)代金屬加 工，2007，(3)：58-62 5、張伯霖，張志潤，肖曙紅．超高速加工與機床的零傳動．中國機械工 程，1996，7(5) 6、張伯霖，楊慶東．高速切削技術(shù)及應(yīng)用．北京：機械工業(yè)出版社，2002，9 7、楊貴杰，秦冬冬．高速電主軸的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢[J]．伺服控，2010，(2):32—36． 8、李松生，楊柳欣，吳梅英．數(shù)控機床用高速電主軸技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]．世界制造技術(shù)與裝備市場，2003，(5)：13-15． 9、馬維新．f麗CK$7815型雙主軸數(shù)控車床的設(shè)計制造[J]制造技術(shù)與機床，2010(2)：72—74 10、李德珍．李憲凱五軸車銑復合加工技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]航空制造技術(shù)．2009(12)47—50） 11、張行，陶征 等 基于ANSYS 的銑削電主軸靜動態(tài)分析性能[J]制造技術(shù)與機床 2011（1）：70-74 12、G.D.Hagiu et al.Dynamic Characteristics of High Speed Angular Contact Ball Bearings.Wear,1997,211(1):22-29 研究內(nèi)容 1、復合機床電主軸向高速化、高精度發(fā)展，所以電主軸的冷卻和潤滑是一個問題，對冷卻系統(tǒng)和潤滑方式進行研究。 2、計算確主軸切削扭矩，分析主軸的剛性和剛度，并研究軸承的潤滑和磨損，還有軸承預緊力對主軸剛度的影響。從而對復合機床電主軸的結(jié)構(gòu)進行了解與分析。 3、車銑復合加工是我國現(xiàn)在主要的發(fā)展方向，車銑復合加工主要是使主軸具有C軸的功能。為實現(xiàn)復合加工機床C軸功能，機床在加工時直接帶動零件作旋轉(zhuǎn)運動并與機床的X軸或與機床的Z軸聯(lián)動，實現(xiàn)插補。比較三種實現(xiàn)c軸功能的方法，選擇出電主軸驅(qū)動的方式是實現(xiàn)C軸功能最好的方式。 研究計劃 研究周期與時間安排 第1周 (2.22-2.26) 收集資料，學習有關(guān)書籍文獻，參觀工廠，搜集設(shè)計過程中所要遵照的有關(guān)國家標準并進行學習 第2周 (2.29-3.04) 提出完成課題的基本思路和方法， 完成該課題所采用的技路 線、方案，要設(shè)計和完成的任務(wù) 第3周 (3.07-3.11） 完成開題報告及外文材料翻譯 第4周 (3.14-3.18) 主軸箱部件設(shè)計及計算，完成裝配圖草圖設(shè)計 第5周 (3.21-3.25) 繪制主軸動平衡圖，確定主軸傳遞扭矩，繪制輸出功率和扭矩 第6周 (3.28-4.01) 完成主軸受力分析及前后軸承計算完成裝配圖 第7周 (4.04-4.08） 設(shè)計畢業(yè)設(shè)計中期檢查 第8周 (4.11-4.15） 進行零件圖計算機繪圖 第9周 (4.18-4.22） 完成零件圖計算機繪圖 第10周 (4.25-4.29） 完成各零件及課題成本分析，完成各零件成本及課題成本計算 第11周 (5.02-5.06) 遞交論文初稿 第12周 (5.09-5.13) 修改論文并定稿 第13周 (5.16-5.20) 完成定稿 第14周 (5.23-5.27) 論文評審及答辯資格確定 第15周（5.30-6.03） 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯 第16周（6.6-6.10） 整理資料存檔 特色與創(chuàng)新 本論文特色與創(chuàng)新如下： 1、使主軸具有c軸功能，機床在加工時直接帶動零件作旋轉(zhuǎn)運動并與機床的X軸或與機床的Z軸聯(lián)動，實現(xiàn)插補，完成零件的銑削功能。 2、復合電主軸實現(xiàn)高速加工，提高工件的加工質(zhì)量，機床的生產(chǎn)效率。 3、設(shè)計過程中采用角接觸軸承，實現(xiàn)電主軸的高速性能。采用油氣潤滑的方式，使得電主軸成本變低，并且潤滑效好。采用油水的冷卻系統(tǒng)，使電主軸更加簡便，冷卻效果更好。 指導教師簽名： 年 月 日 分中心意見 中心意見 分中心主任簽名： 年 月 日 教學主任簽名： 年 月 日 南京工程學院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 南京工程學院 工 業(yè) 中 心 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 題 目： 車銑復合加工機床A28電主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： D機加工122 學 號： 231120418 學生姓名： 柯珂 指導教師： 劉桂芝 （研究級高工） 起迄日期： 2016.2.22～2016.6.3 設(shè)計地點： 工程中心5號樓 畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）中文摘要 摘要： 本課題研究的內(nèi)容是針對車銑復合加工機床A28電主軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計。車銑復合加工集傳統(tǒng)銑削與車削加工技術(shù)于一身，可顯著提高機械加工效率、降低生產(chǎn)加工成本。所以車銑復合加工機床電主軸可以實現(xiàn)主軸的C軸功能，機床在加工時直接帶動零件作旋轉(zhuǎn)運動并與機床的X軸或與機床的Z軸聯(lián)動，提高機床的生產(chǎn)率。本文采用文獻分析法、比較法的方法，進行車銑復合加工機床A28電主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計。車銑復合加工機床電主軸取消了齒輪與帶傳動，消除機械傳動，采用內(nèi)藏式電機傳動的方式。設(shè)計過程中采用角接觸軸承，實現(xiàn)電主軸的高速、高精度性能。采用油氣潤滑的方式，使得電主軸成本變低，并且潤滑效好。采用油水的冷卻系統(tǒng)，使電主軸更加簡便，冷卻效果更好。本設(shè)計提高了機床的加工精度，實現(xiàn)機床的高速性能，可以實現(xiàn)車銑復合加工。 關(guān)鍵詞：電主軸 車銑復合加工 高精度 畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）英文摘要 Title Milling machine tools A28 motorized spindle design Abstract The contents of this research is milling machine tools A28 motorized spindle structure designed for. In one, can significantly improve the collection of traditional milling machining technology for milling and turning machining efficiency, reduce production and processing costs. So milling machine tool spindle can achieve electrical spindle C-axis function, direct drive machine in the processing of parts and rotary motion of the machine or the X-axis and Z-axis machine tools, machine tools to improve productivity. In this paper, literature analysis, comparison of methods, milling machine tools A28 motorized spindle system architecture design. Milling spindle electricity use built-in motors and belt drive gear canceled, but the use of built-in motors, direct drive spindle rotational movement. The design process uses angular contact bearings, electrical spindle speed, high precision performance. Using oil-air lubrication manner that electric spindle low cost, and good lubricating effect. Using water cooling system, the electric spindle easier, better cooling effect. This design improves machining accuracy, high-speed performance of the machine, milling machining can be realized. Keywords Electric spindle;Milling machining; High Precision 目 錄 前 言 1 第一章 緒 論 2 1.1 課題的研究背景和意義 2 1.2 車銑復合電主軸的概述 3 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 4 1.4 課題研究主要內(nèi)容 6 第二章 電主軸系統(tǒng)方案設(shè)計 7 2.1 車銑復合加工中心主傳動系統(tǒng)的要求....................................... 7 2.1.1主傳動系統(tǒng)的功能要求 7 2.1.2主傳動的動平衡要求 7 2.2 主軸部件的組成及要求....................................................................... 8 2.3 主傳動系統(tǒng)的主要參數(shù).................................... 9 2.3.1主傳動功率 9 2.3.2主軸內(nèi)徑的確定 9 2.3.3主軸強度的計算 10 2.4 電主軸檢測系統(tǒng)方案設(shè)計與確定........................................ 12 2.4.1車銑復合加工中心對電主軸系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)精度的要求 12 2.4.2 主軸準停裝置的選擇.................................... 14 2.4.3電主軸水溫控制系統(tǒng)的確定 14 第三章 電主軸組件設(shè)計和選用 16 3.1 電主軸受力分析及主軸最佳支承計算 16 3.2 確定主軸切削扭矩 17 3.3 主軸的材料以及結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計 18 3.4 主軸前后軸承壽命計算..................................... 18 3.5 主軸軸承的選用和配置方式 21 3.6 主軸軸承間隙的調(diào)整和預緊 23 第4章 潤滑、密封和冷卻 25 4.1 主軸軸承的潤滑 25 4.2 電機的冷卻 26 4.3 主軸的密封 26 第五章 技術(shù)經(jīng)濟分析 28 5.1 技術(shù)經(jīng)濟分析的目的與意義 28 5.2 成本材料分析 28 5.2.1 非標準件 28 5.2.3 標準件 29 5.3 課題技術(shù)經(jīng)濟成本計算依據(jù) 30 5.3.1 成本計算依據(jù) 30 5.4 課題技術(shù)經(jīng)濟成本計算 31 第六章 結(jié) 論 33 致 謝 34 參 考 文 獻 35 附錄A 主軸箱裝配圖及各零件圖 36 前 言 本文是對車銑復合加工機床A28電主軸結(jié)構(gòu)進行設(shè)計和研究。作為復合加工技術(shù)的一種，銑車復合加工要求有很高的加工效率和加工精度。 車銑復合加工主要是使機床主軸實現(xiàn)c軸功能，機床在加工時直接帶動零件作旋轉(zhuǎn)運動并與機床的X軸或與機床的Z軸聯(lián)動，實現(xiàn)插補，完成零件的銑削功能。車銑復合電主軸與傳統(tǒng)方式相比，車銑復合電主軸采用內(nèi)裝式電機，取消了齒輪傳動，皮帶傳動等中間傳動設(shè)備，實現(xiàn)機床的“零傳動”[1]。車銑復合電主軸在高速下因熱而會產(chǎn)生故障，因此限制了車銑復合電主軸的有效應(yīng)用。 本車銑復合加工機床電主軸由于是內(nèi)置電動機[2]，電機運轉(zhuǎn)的過程中所以會產(chǎn)生的熱量而且軸承轉(zhuǎn)動也會摩擦發(fā)熱，使得電主軸的發(fā)熱量很大，由此產(chǎn)生的很大熱變形大大導致車銑復合加工機床的加工精度降低的更多。因此對于車銑復合電主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來說，冷卻是主要方面，選擇良好的冷卻方式極為重要。 本文首先從電主軸的電機的結(jié)構(gòu)方面進行歸納，比較系統(tǒng)的敘述了電主軸的設(shè)計理論。主要根據(jù)軸的主要參數(shù)選擇電機型號，主軸的剛度也影響電主軸的工作性能，在設(shè)計主軸部件過程中，需要考慮、傳動力、扭矩的作用，來決定主軸部件參數(shù)。主軸軸承的徑向剛度是隨著軸承預緊力的增加而增大，所以主軸剛度也會隨著主軸前軸承剛度的增加而明顯增大。在電主軸中，主軸前軸承對主軸的剛度影響是比較大的，所以軸承預緊力變大，主軸的剛度也明顯加大，但是主軸后軸承對主軸剛度的影響并不大[3]。 本課題主要的研究方面主要還有選擇良好的支承跨距。角接觸球軸承是電主軸選擇的最好選擇，并且選擇正確的主軸軸承配置方式，影響軸承壽命的主要原因主要是主軸的溫升，采用合適的控制溫升系統(tǒng)很關(guān)鍵。主軸的潤滑和密封的合理選擇也是電主軸的關(guān)鍵所在[4]，為提高加工精度和降低電機的熱量則需要選擇良好的冷卻方式。  第一章 緒 論 1.1 課題的研究背景和意義 車銑復合加工技術(shù)是20世紀80年代工業(yè)歷史上發(fā)展起來的一種新型的數(shù)控加工技術(shù)，他是近代發(fā)展的主要標志，標志著現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)的飛躍性發(fā)展，并成為20世紀90年代各個國家想整設(shè)計研究和發(fā)展的重要方向。車銑復合加工是指將車床加工與銑床加工結(jié)合在一起[5]，利用車銑復合運動對零件進行加工，可以實現(xiàn)零件的全部加工和一次性加工的先進加工技術(shù)，適用于一些薄壁零件間的粗精加工，還是用于航天行業(yè)，軍事行業(yè)等大型產(chǎn)品的加工，也。采用銑車復合加工技術(shù)不但提高了機床的生產(chǎn)率，而言的話。車銑復合加工技術(shù)是一種高金屬去除率的“整體制造”技術(shù)，是新時代成長的標志，所以目前數(shù)控技術(shù)發(fā)展的重要方向就是車銑復合加工技術(shù)的實現(xiàn)[6]。 在當今市場一些工業(yè)發(fā)達國家對于車銑復合加工技術(shù)的應(yīng)用相當熟練，處于高應(yīng)用狀態(tài)。德國就會專門建立研究機構(gòu),從事車銑復合加工的設(shè)計與研究,并且德國的研究技術(shù)都在全球處于最前端的位置。美國在一些實際應(yīng)用中就比較突出，比如航空行業(yè)，軍事產(chǎn)品制造等。使用車銑復合加工技術(shù)為了節(jié)省一半以上的生產(chǎn)時間，而尺寸和切削刀具的數(shù)量大大減少，成本是傳統(tǒng)加工的百分之一左右。 車銑復合加工機床的主要特點功能運用的范圍廣而且結(jié)構(gòu)之間也很緊湊。因此，車床銑削機床的要求比普通機床的更高。為了使車銑機床可實現(xiàn)高速，高效率的一些關(guān)鍵技術(shù)，主要有以下5個方面[7]： 1.電主軸； 2.雙邊重心驅(qū)動技術(shù)； 3．雙功能銑車轉(zhuǎn)臺； 4．擺頭動力刀塔，銑車復合加丁中心電主軸熱態(tài)； 5．輕量化設(shè)計。 這其中，車銑復合加工機床種主要的功能部件就是電主軸了，并且電主軸的性能直接影響車銑復合加工機床的工作性能，車銑復合加工機床電主軸在運轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生大量的熱量，加大電主軸的溫升和熱變形，從而降低整個加工機床的精度。零件加工過程中，電主軸的高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生大量的熱能產(chǎn)生熱變形，整個熱變形產(chǎn)生誤差占到整個機床加工誤差的百分之四十到百分之七十?，F(xiàn)在車型復合加工技術(shù)的發(fā)展最關(guān)鍵的就是抑制溫升、減小熱變形。國內(nèi)在電主軸研究和發(fā)展方面重要認識比較晚，國內(nèi)電主軸技術(shù)的落后是導致中國銑車復合加工技術(shù)落后重要原因。圖1．1所示為立式銑車復合加工中心整體結(jié)構(gòu)圖。 圖1.1立式銑車復合加工機床整體結(jié)構(gòu)圖 1-Y軸直線導軌;2-立柱;3-A軸刀架滑板裝置;4-A軸銑車刀架； 5-中空滾絲杠副；6-螺旋排屑裝置；7-回轉(zhuǎn)工作臺；8-轉(zhuǎn)臺底座；9-底座 1.2 車銑復合電主軸的概述 現(xiàn)代機床普遍精度不高，效率低，所以導致產(chǎn)品水平不高，但車銑復合加工機床電主軸具有動平衡的能力，降低主軸振動對加工精度的影響，并且電主軸的結(jié)構(gòu)簡單并緊湊而且體積小重量輕。是復合機床主軸單元的理想結(jié)構(gòu)。數(shù)控車床只能做軸向加工，主軸并不具備c軸功能，當需要進行工件表面加工的時候，就需要用到c軸功能，所以需用到車銑復合加工機床車銑復合加工機床電主軸系統(tǒng)是由內(nèi)藏式電主軸及高精度速度與位置反饋裝置組成，使機床的主軸具有C軸功能，機床在加工時直接帶動零件作旋轉(zhuǎn)運動并與機床的X軸或與機床的Z軸聯(lián)動，實現(xiàn)插補，完成零件的銑削加工[8]。 所謂車銑復合加工，就是使機床主軸具有復合加工的功能，主軸具有C軸功能，通過C軸傳動機構(gòu)中的齒輪與主軸上的齒輪嚙合實現(xiàn)C軸功能，但齒輪之間的嚙合，會導致兩個齒輪的齒頂相碰，使機床出現(xiàn)故障,。用機械傳動的方式實現(xiàn)C軸功能，主要是在不用改變主軸箱的基礎(chǔ)上，增加一個C軸主軸箱就行，不過C軸控制箱傳動軸只能通過錐形環(huán)聯(lián)軸套與主軸后端相連，使用的場合比較少，用起來十分麻煩[9]。 為了更好的實現(xiàn)C軸功能的方式主要有三種。第一種由電主軸直接驅(qū)動，電主軸的驅(qū)動慣性小，傳動鏈的間隙徹底的消除了，當切削材質(zhì)較軟的材料和較小零件時，如加工鋁及鋁合金、銅及銅合金等零件時零件表面的加工質(zhì)量都會顯著提高，在切削一些高硬質(zhì)材料的零件同樣滿足切削要求。第二種是伺服主軸電機由帶輪驅(qū)動，用帶輪驅(qū)動方式轉(zhuǎn)矩要比主軸的轉(zhuǎn)矩大，所以只能加工一些較大的零件。第三種用進給伺服電機經(jīng)減速器驅(qū)動。運用減速器進行C軸功能的時候，有減速器的減速比會很大，導致主軸的扭矩也會變大，為了保持加工精度，機床的旋轉(zhuǎn)速度要求都會很高，會導致C軸出啊動系統(tǒng)直接與工件主軸脫離，不然會成為車削障礙的。對比三種方式,電主軸驅(qū)動的方式實現(xiàn)C軸功能是最好不過的。 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 20世紀80年代，電主軸已經(jīng)呈現(xiàn)快速發(fā)展的的趨勢，我國最早電主軸應(yīng)用在磨床行業(yè)，因此，電主軸技術(shù)是越來越重要，更是對復合加工機床等高檔機床更重要?，F(xiàn)在數(shù)控化行業(yè)快速發(fā)展，對機床的加工精度和高速加工的要求也越來越高所以在電主軸應(yīng)用也越來越多，國外主要從事電主軸方面制造的主要有以下幾家：德國GMN、瑞士IBAG、 日本大限等，其中更是以GMN、IBAG等幾家的電主軸技術(shù)水平成為全球最先進發(fā)展標志。這些公司生產(chǎn)的電主軸和國內(nèi)生產(chǎn)的電主軸相比有以下幾個特點[10]： (1)大功率、高轉(zhuǎn)速 (2)精密裝配與精密加工工藝水平高 （3)高速和高剛性軸承。在國外高剛度和高速軸承主要在在高精密高速主軸使用。主軸承是液體動壓軸承和陶瓷軸承。 (4)配套控制系統(tǒng)水平高 一些工業(yè)發(fā)達的國家都開始研究并發(fā)展和生產(chǎn)各種商品化的加工機床。所以我國與國外的電主軸技術(shù)有很大的差距，國產(chǎn)電主軸在性能當面和質(zhì)量綿綿與國外比較都是有很大的差距的。國內(nèi)與國外的電主軸的產(chǎn)品的差距主要體現(xiàn)在以下幾個方面[11]： 1.在電主軸的大轉(zhuǎn)矩低速方面，與國外相比國內(nèi)目前最多也就在100Nm以內(nèi)。國外電主軸低速段的輸出轉(zhuǎn)矩可以達到300N m以上,最高也可以達到600Nm以上。 2.在電主軸帶的高速方面,我國電主軸的最高轉(zhuǎn)速為150000r / min，國外的高速電主軸的轉(zhuǎn)速已經(jīng)達到75000r/min，不過我國大多數(shù)在20000r/min以下。 3.在電主軸的潤滑方面，我國電主軸主要還是油霧潤滑和油霧潤滑，這是在我國主要的兩種潤滑方式，不過國外對潤滑的研究就更加先進了，為了滿足電主軸高速高精度的要求，用的是尤其潤滑的方式。 4.在電主軸的性能和功能方面，在我國，電主軸主要還是用于不同機床，應(yīng)用的不夠全面，但是與國內(nèi)不同的是，國外早已在高速、高精度、和多功能方面發(fā)展了。 5.在電主軸的軸承選用方面，國外高速軸承電主軸應(yīng)用的很多，但是在國內(nèi)我們對于電主軸的應(yīng)用還是不夠全面，對于電主軸的研究還是欠缺許多。 6.在與電主軸配合裝配方面，如快速啟動與停止技術(shù)、主軸C軸傳動技術(shù)、停機角向準確定位(準停)技術(shù)等，國內(nèi)電主軸發(fā)展技術(shù)太慢，遠遠跟不上國外的發(fā)展與進步，滿足不了國內(nèi)現(xiàn)在數(shù)控市場應(yīng)用的需要。 7.在生產(chǎn)的零件質(zhì)量，大小，數(shù)量的方面，在我國有很多大的企業(yè)針對電主軸進行設(shè)計、研究和制造，但那是在我國電主軸 還主要應(yīng)用于磨床的方面。在國內(nèi)，電主軸在數(shù)控機床上應(yīng)用，還處于最開始的階段，尤其在研究和設(shè)計方面還處于最基礎(chǔ)的階段，并沒有產(chǎn)生沒有多大進步，因此與國外的先進水準比較存在較大滯后，遠遠比不上國外的產(chǎn)品。并且國外的企業(yè)在電主軸關(guān)鍵部件的研究上有很高的創(chuàng)新性，在國際上，電主軸中的編碼器，道具接口等主要部件產(chǎn)品都是國外企業(yè)自主設(shè)計，研究并制造的，這就是國外最重要的地方。 電主軸技術(shù)的發(fā)展趨勢表現(xiàn)在以下幾個方面[12]： 1.繼續(xù)向高速度、高剛度方向發(fā)展；由于現(xiàn)在電主軸越來愈注重主軸當剛度的影響，所以都會增加主軸剛度，所以主軸剛度的增加也滿足了數(shù)控機床高速高精度的要求。現(xiàn)代數(shù)控機床在實際應(yīng)用出高速是主要條件，并且當今主軸軸承和器潤滑技術(shù)的發(fā)展等些主要的技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床已經(jīng)是當今最主要的應(yīng)用機床。 2.向主軸高速并且功率大的方向和主軸低速且大轉(zhuǎn)矩方向發(fā)展。根據(jù)要求現(xiàn)代數(shù)控復合機床就要滿足低速大轉(zhuǎn)矩和高速功率大。 3.向著提高機床工作時間，提高機床的可靠性和機床的精度方向發(fā)展?，F(xiàn)在數(shù)控機床市場的精度和可靠性要求越來越高。而目前的精密主軸軸承、先進的潤滑方法和預負荷的特殊方法，使電主軸的壽命得到了改善，電主軸的可靠性得到了提高。 4.向快速啟、停方向發(fā)展。 5.主軸軸承的潤滑方式和軸承載荷的多種化。在當今市場中，潤滑方式有油脂、油霧、油氣等。油脂潤滑是現(xiàn)在市場最主要的潤滑方式，油氣潤滑主要應(yīng)用于告訴場合和安全節(jié)約資源的場合，因此油氣潤滑的潤滑方式得到廣泛應(yīng)用；在滾動軸承中，使使用也壓得方式對軸承施加壓力，而且還可以根據(jù)周周負載的載荷和主軸反饋的負載大小。因此可以讓軸承的性能更加全面。 1.4 課題研究主要內(nèi)容 本課題的研究內(nèi)容主要以車銑復合，高速，高精度的電主軸為主要研究目標。從實現(xiàn)電主軸的車銑復合，高速，高精度入手。 1、復合機床電主軸向高速化、高精度發(fā)展，所以電主軸的冷卻和潤滑是一個問題，對冷卻系統(tǒng)和潤滑方式進行研究。 2、計算確主軸切削扭矩，分析主軸的剛性和剛度，計算主軸的最佳支撐跨距，分析主軸實際支撐跨距。 3、研究軸承的潤滑和磨損，還有主軸軸承預緊力影響剛度。從而對機床主軸結(jié)構(gòu)的理解和分析。 4、根據(jù)主軸直徑選擇合理的軸承，研究軸承配置方式來減輕軸承預緊力，并研究軸承的使用壽命，選擇合適的方式提高軸承壽命。 5、車銑復合加工是我國現(xiàn)在主要的發(fā)展方向，車銑復合加工主要是使主軸具有C軸的功能。為實現(xiàn)復合加工機床C軸功能，機床在加工時直接帶動零件作旋轉(zhuǎn)運動并與機床的X軸或與機床的Z軸聯(lián)動，實現(xiàn)插補。比較三種實現(xiàn)c軸功能的方法，選擇出電主軸驅(qū)動的方式是實現(xiàn)C軸功能最好的方式。  第二章 電主軸系統(tǒng)方案設(shè)計 2.1 車銑復合加工中心主傳動系統(tǒng)的要求 2.1.1主傳動系統(tǒng)的功能要求 車銑復合加工機床具有較高的精度及豐富的加工性能，特別適用于軍工，航天，航空等復雜零件加工。當機床進行銑削加工時，工作臺會作為主軸，也就是具有C軸功能，實現(xiàn)機床的銑削加工。當機床進行車削加工時工作臺只做旋轉(zhuǎn)運動，對旋轉(zhuǎn)的位置不進行控制。作為C軸時時工作臺需要的驅(qū)動扭矩小，而作為車削運動旋轉(zhuǎn)時需要的驅(qū)動扭矩較大。具有更大的調(diào)速范圍并實現(xiàn)無極調(diào)速。 2.1.2主傳動的動平衡要求 主軸的動平衡就是指主軸的動態(tài)平衡,主要就是主軸在旋轉(zhuǎn)的過程中產(chǎn)生振動的程度。電主軸中，轉(zhuǎn)子按主軸軸線旋轉(zhuǎn)，并轉(zhuǎn)子軸向分布質(zhì)量不均勻，導致離心力的產(chǎn)生，這種離心力就會讓主軸產(chǎn)生振動，從而對主軸的軸承產(chǎn)生較大的磨損，影響軸承的使用壽命，并且主軸產(chǎn)生振動也會發(fā)出噪聲。 去重法和增重法是使主軸動平衡常用方法。去重法主要用于小型主軸的場合。這種方法就是在電動機的轉(zhuǎn)子上裝一個去重盤，當電動機轉(zhuǎn)自和主軸其他重要部件安裝在主軸，當主軸產(chǎn)生振動產(chǎn)生的時候，切除去重盤上的不平衡量保證主軸的動平衡。增重法是一種新型的動平衡方法，主要用于高速和無框架電機場合。再點擊兩端安裝平衡盤，在平衡盤上設(shè)計有螺紋孔，在螺紋空內(nèi)擰進螺釘，控制擰入落定的深度和回轉(zhuǎn)位置來使主軸實現(xiàn)動平衡。如圖2.1所示。電主軸的主軸是轉(zhuǎn)軸，電主軸的最終精度是和轉(zhuǎn)軸的精度息息相關(guān)的。轉(zhuǎn)軸的位置、尺寸和形狀精度的要求都很高。主軸在進行高速運轉(zhuǎn)時，會產(chǎn)生離心力，導致主軸會發(fā)生抖動，影響電主軸的加工精度，所以轉(zhuǎn)軸和安裝在主軸上的零件都要滿足動平衡能力。 圖2.1 2.2 主軸部件的組成及要求 1、主軸 主軸的主要尺寸參數(shù)包括：主軸的直徑、主軸內(nèi)孔直徑、主軸的懸伸長度和主軸的支承跨距。要確定各個主軸的合理的參數(shù)，要根據(jù)比較主軸的剛度，主軸結(jié)構(gòu)上工藝性能和主軸部件的適用范圍內(nèi)的懸伸長度和支承跨距。通常根據(jù)主軸的剛度。耐磨性、熱處理變形大小和載荷等因素確定。根據(jù)比較所以主軸材料選擇20GrMnTi是最合適的。 2、主軸軸承 電主軸主要支承部件是精密高速軸承。軸承具有高速性能，動載荷承載能力高，發(fā)熱量小，潤滑性能好等優(yōu)點。車銑復合加工機床具有高精度，高速度的要求。所以要選擇滾動軸承，綜合比較角接觸球軸承是最好的選擇。并且軸承之間的配置方式進行要求，選擇正確的配置方式。 3、軸殼 電主軸的主要部件軸殼。軸殼的位置精度和尺寸精度直接影響主軸的綜合精度。 4、主軸的潤滑與密封裝置 主軸在高速回轉(zhuǎn)中，要保證零件的高精度，必須保持良好的潤滑性與密封性能。選擇良好的潤滑方式是最主要的要求。 2.3 主傳動系統(tǒng)的主要參數(shù) 2.3.1主傳動功率 主軸端部尺寸GB/T 5900.1-2008 A28 根據(jù)表2-1 表2-1主軸端部尺寸 選擇主軸前軸直徑D1=130mm；主軸后軸直徑 D2=110mm 根據(jù)對比，主軸在強度一定下，空心軸的重量是遠遠比實心軸小，小了大約有三分之一，不僅減輕了主軸的重量而且也節(jié)約材料。改為空心軸主要是因為扭轉(zhuǎn)圓截面上的切應(yīng)力是按照主軸半徑呈線性分布的，主軸中心線周圍的切削應(yīng)力都會很小，發(fā)揮不了主軸材料的基本特性。當把實心主軸改為空心主軸的時候，就是相當于把主軸中心線周圍的材料往周邊偏移，然后導致主軸截面的極慣性矩抗扭截面系數(shù)，使主軸的扭轉(zhuǎn)強度得到了提高?？招闹羞m用于一些使用大型軸的場合或者有主軸重量要求的場合中。需要注意的是，空心軸的壁厚也不能過薄，以免導致軸產(chǎn)生局部變形產(chǎn)生裂紋，從而降低軸的承載能力。因此，本車銑復合加工機床的電主軸的主軸一采用空心軸。 2.3.2主軸內(nèi)徑的確定 查詢機械設(shè)計手冊6.1-85由圖可知，當時，內(nèi)孔直徑的對主軸的剛度是沒有影響的，因此主軸內(nèi)孔直徑d的極限dmax為：dmax<0.7D 此時K空>0.7K實，即剛度削弱小于25%。若孔徑再大，主軸剛度就會急劇下降。所以選擇0.5~0.6，式中d1為前軸頸內(nèi)孔直徑。 所以選擇內(nèi)孔直徑的：前內(nèi)孔直徑d1=100mm、后內(nèi)孔直徑 d2=85mm 根據(jù)主軸參數(shù)前軸直徑D1=130mm、后軸直徑D2=110mm 2.3.3主軸強度的計算 扭矩計算： (2-1) P—主軸的功率 n—主軸的轉(zhuǎn)速 (2-2) 主軸的極慣性矩計算： (2-3) D—主軸直徑 d—主軸內(nèi)孔直徑 前軸的極慣性矩： (2-4) 后軸的極慣性矩： (2-5) 主軸的抗扭界面系數(shù)計算： (2-6) D—主軸直徑 前軸的抗扭截面系數(shù)： (2-7） 后軸的抗扭截面系數(shù)： (2-8) 主軸的強度計算： (2-9) T—主軸的扭矩 Wt—主軸的抗扭矩截面系數(shù) 主軸前軸強度： (2-10) 主軸后軸強度： (2-11) 表2-2電機參數(shù) 表2-3電機型號 如表2-2和表2-3，根據(jù)主軸直徑和內(nèi)孔直徑選擇電機型號Siemens 1PH2184，功率范圍p=14.5—17.kw，選擇最大的電機功率p=17.7kw、轉(zhuǎn)速 n=600r/min 以上公式均引用于機床設(shè)計手冊第三冊 2.4 電主軸檢測系統(tǒng)方案設(shè)計與確定 2.4.1車銑復合加工中心對電主軸系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)精度的要求 主軸系統(tǒng)是機床的重要部件。所以主軸系統(tǒng)對主軸系統(tǒng)對于高速、精密的數(shù)控機床就顯得特別重要。主軸系統(tǒng)普遍采用內(nèi)置電動機，而且內(nèi)置電動機是現(xiàn)代國際數(shù)控機床的最新發(fā)展方向，電機定子安裝在主軸箱體的孔中，電機與主軸是一體的，所以取消了機械傳動并消除機械間隙。電主軸在如今數(shù)控市場應(yīng)用的越來越廣泛。 電主軸中電機轉(zhuǎn)自和主軸由于是直接接觸的，電機工作會產(chǎn)生大量的熱量，熱量會傳遞給主軸箱，導致電主軸的精度，速度受到影響，所以必須選擇合適的溫升系統(tǒng)。 主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指主軸在運轉(zhuǎn)過程中發(fā)生空載運動，主軸端面定位面的徑向跳動、端面跳動和軸向竄動值。 電機的轉(zhuǎn)子一般是處在前軸承和后軸承之間的，電機轉(zhuǎn)子是與主軸過盈配合的，由于是過盈配合，所以轉(zhuǎn)子與主軸之間產(chǎn)生較大的摩擦力，以摩擦力來傳遞扭矩。不過轉(zhuǎn)子內(nèi)孔與主軸配合面之間有很大的過盈量，所以采用熱裝方式，加熱電機轉(zhuǎn)子裝配主軸。在電主軸的后端部會裝有一個位置和速度反饋裝置，讓主軸呈現(xiàn)主軸回轉(zhuǎn)全閉環(huán)狀態(tài)。 影響電主軸的旋轉(zhuǎn)精度的因素可以分為五類： （1）工作環(huán)境的影響 ，電主軸的潤滑，負載 （2）主軸系統(tǒng)的組件，包括主軸本身、軸承等相重要組件的幾何精度及其裝配精度 （3）隨機因素影響 （4）熱變形，電主軸在回轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生熱量，然后導致熱變形 電主軸的回轉(zhuǎn)因素有許多，而且也特別復雜，所以在做精確計算時候無法考慮所有因素。所以為了對主軸系統(tǒng)進行精確的系統(tǒng)計算，對以下方面進行了考慮： （1）工作溫度環(huán)境溫度低于20℃ （2）主軸部件在力的作用下，產(chǎn)生的變量可以不考慮 （3）采取正確的裝配方式 （4）合適的潤滑方式 主軸組件的幾何誤差會由于主軸的受力不同對主軸回轉(zhuǎn)精度的影響也會不一樣。如圖2.4 所示主軸值金額帶著道具進行回轉(zhuǎn)切削運動，刀具也會受到切削反力的作用，并且會隨著主軸的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，所以導致主軸上的某一地方也會繞著滾動軸承旋轉(zhuǎn)。 圖2.4 圖2.5 軸承的誤差的類型有很多所以對回轉(zhuǎn)精度也會產(chǎn)生不同的影響。如圖 2.5所示軸承本身的誤差可以分為四種： 1、在滾動軸承中會產(chǎn)生尺寸誤差，然后導致軸承內(nèi)圈向某個位置偏離。一些大尺寸的滾動體會使得軸承內(nèi)圈向?qū)γ嫫x，讓軸承外圈與軸承出現(xiàn)誤差。 2、回轉(zhuǎn)性的主軸的滾到的圓度差別的影響往往是小于刀具旋轉(zhuǎn)型主軸的。有些軸承的滾到也是具有圓度誤差。在刀具旋轉(zhuǎn)型主軸當中，刀具會受到切削力，讓主軸上的某一個位置沿著滾道滑動，并且軸承滾道的圓度誤差會直接在軸頸上反映出來，形成徑向跳動。當遇到這種情況下，滾動體會受到主軸旋轉(zhuǎn)停止時的擠壓，增加磨損，降低軸承的壽命。 3、軸承中的滾動體是有減小摩擦和定位的作用的。不過軸承滾動體存在圓度誤差和尺寸誤差都會影響主軸的定位精度，主軸旋轉(zhuǎn)的時候同時帶動軸承內(nèi)圈回轉(zhuǎn)，軸承滾動體也隨之旋轉(zhuǎn)。在滾動軸承中是會有許多滾動體的，當所有滾動體一起旋轉(zhuǎn)的時候，主軸的軸頸會產(chǎn)生不同位置的跳動，從而形成徑向跳動。滾動軸承中滾動體是要大于其他滾動體直徑的，當壓力大于零界點的時候，主軸軸頸的回轉(zhuǎn)中心就會偏置。 4、在滾動軸承中滾道是有斜度的，并且使?jié)L動體與滾道產(chǎn)生巨大的磨損，從而影響到主軸的高速旋轉(zhuǎn)。而且滾到的斜度影響滾動體繞主軸中心公轉(zhuǎn)，使得滾動體的自傳變大，影響軸承的冷卻和潤滑。 2.4.2 主軸準停裝置的選擇 主軸的準停其實是指主軸的定位方向功能，也就是機床受到準停裝置發(fā)放準停命令的時候，主軸停止在規(guī)定的方向和位置，還保持力矩存在。在加工中心中，主軸的準停功能就是自動換刀功能，使主軸與刀柄上的鍵槽對準，使主軸停轉(zhuǎn)并準確停在固定位置上。在車銑復合加工機床中，主軸的準停功是在加工過程中，使機床可以對零件平面的銑削加工，主軸做主運動外，可以做分度運動和圓周進給運動。車銑復合加工機床進行銑削加工時，機床主軸與C軸聯(lián)動，主軸保持緩慢旋轉(zhuǎn)或者停止狀態(tài)，這時候主軸是作為進給軸工作，在車削過程中，主軸是作為主運動進行旋轉(zhuǎn)，刀架作為進給軸進行軸向移動。 主軸的準停裝置有機械控制的主軸準停裝置和電氣控制的主軸準停方式。機械控制的準停方式定向可靠，精確，但結(jié)構(gòu)比較復雜。電氣控制的準停方式主要由安裝在主軸上的編碼器實現(xiàn)，不需要機械部件，可靠性高，準停時間短，且有高的精度和剛性， 車銑復合加工電主軸的準停裝置是由安裝在主軸上的編碼器實現(xiàn)。實現(xiàn)方式主要由光柵式編碼器、磁性式編碼器和齒輪式編碼器。本車銑復合加工機床的電主軸的設(shè)計采用的圓磁柵編碼器作為反饋元件，磁性式編碼器可以使使主軸輸出最小單位1/1000°。 2.4.3電主軸水溫控制系統(tǒng)的確定 圖2.4.3中的電動機的定子4通過一個冷卻套2固定在電主軸的主軸箱體1上。冷卻水從冷卻水進口3流入復合電主軸的冷卻套，在電主軸中循環(huán)流淌，帶走在電主軸中產(chǎn)生的熱量，最后冷卻水從出水口6流出來。并且在機床外有一個水溫控制的裝置。這個裝置中水的溫度保持在20℃～23℃中間，如果水溫不在這個范圍內(nèi)的話，水溫控制會自動的加熱或者冷卻。電主軸在高速運轉(zhuǎn)下，內(nèi)置電動機會產(chǎn)生大量的熱量，熱量傳遞到冷卻套上，冷卻再循環(huán)流淌的過程中帶走產(chǎn)生的熱量，以確保電主軸的溫升在規(guī)定之內(nèi)。 1-主軸箱體；2-冷卻套；3-冷卻水進口；4-定子；5-轉(zhuǎn)子；6-冷卻水出口； 7-主軸；8-反饋裝置；9-主軸前軸承；10-主軸后軸承 圖2.6電主軸結(jié)構(gòu)  第三章 電主軸組件設(shè)計和選用 3.1 電主軸受力分析及主軸最佳支承計算 電主軸的受力分析如圖3.1所示 圖3.1主軸受力 主軸懸伸量a是指主軸前端面到前支撐徑向反力作用中點的距離。主軸懸伸量與主軸端部的結(jié)構(gòu)，大小，密封裝置和軸承的分布情況等有關(guān)所以主軸懸伸量在滿足要求下盡可能去最小值。所以選擇主軸懸伸量a=102。支撐跨距L是指主軸相鄰兩支承軸反力作用點之間的距離。 根據(jù)表6.1-45選出剛度: （3-1） D1——主軸前軸直徑 電主軸前軸剛度： （3-2） 電主軸后軸剛度: （3-3） 根據(jù) （3-4） 查表3-1主軸最佳跨距計算線圖 （3-5） 表3-1主軸跨距最佳計算線圖 式中E—彈性模量。鋼的 I—主軸的截面慣性矩 C—主軸的前軸剛度 a—主軸的懸伸量 選擇 初選，最佳支撐跨距 主軸部件設(shè)計通常取支撐跨距除了結(jié)構(gòu)設(shè)計原因外，從主軸旋轉(zhuǎn)精度來看，當直徑D和跨距a一定時，L越大，則軸承的徑向跳動對主軸前端的徑向跳動影響越小。當由于結(jié)構(gòu)的原因而需要L遠大于L0時，可增加中間支撐，就是三支撐結(jié)構(gòu)。中支撐為主要支承，且取前，中支撐跨距，便可顯著增加主軸部件剛度。選擇實際跨距L0=476。 3.2 確定主軸切削扭矩 主電機主要滿足負荷切削的要求，現(xiàn)假設(shè)如下切削條件： 材料：45鋼；熱處理：正火；工件直徑：?100mm 切削速度:150r/min 切削用量：背吃刀量ap=3mm；進給量f=1f/mm； P=2000n/mm2 a. 主切削力 (3-6) P—彈性模量 b. 切削扭矩 (3-7) c. 切削功率 (3-8) 3.3 主軸的材料以及結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計 主軸的材料一般根據(jù)強度，耐磨性和承載能力來選擇。本設(shè)計是針對車銑復合加工機床電主軸來選擇主軸材料。所以本主軸材料選擇20GrMnTi。 圖3.2主軸結(jié)構(gòu) 如圖3.2所示，主軸的前端是根據(jù)端部尺寸GB/T 5900.1-2008-A28選擇，主軸外圈直徑、內(nèi)孔直徑以及主軸長度的選擇根據(jù)本論文第二章第三節(jié)設(shè)計選擇。在主軸1和5處會設(shè)計一段螺紋，并裝安裝鎖緊螺母，實現(xiàn)軸承的預緊；在主軸2處，設(shè)計一個平鍵連接，使主軸與法蘭座實現(xiàn)周向固定；在主軸3和5處主軸設(shè)計成臺階，實現(xiàn)主軸軸承的軸向固定。 3.4 主軸前后軸承壽命計算 主軸承受徑向力Fy計算： (3-9) 如圖3.3所示。前后軸承所受的徑向分力計算： (3-10） (3-11) 圖3.3主軸徑向力 夾頭體重量計算： (3-12) 圖3.4夾重體受力分析 如圖3.4所示夾頭體的受力分析，G在兩個軸承處支承的分力計算： (3-13) (3-14) 圖3.5主軸軸承受力分析 如所示3.5所示，主軸前后軸承處所受切削力的計算： (3-15) (3-16) 兩個軸承處承受的總徑向力計算： (3-17) (3-18) 圖3.6軸承支反力 如圖3.6所示，主軸軸承所承受的支反力計算： (3-19) (3-20) 表3-2 主軸平均轉(zhuǎn)速分析 轉(zhuǎn)速r//min 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 與機床總運轉(zhuǎn)時間之比 0.1 0.1 0.15 0.15 0.15 0.15 0.1 0.1 根據(jù)表3-2求平均轉(zhuǎn)速 (3-21) 角接觸球軸承壽命計算公式： (3-22) 查軸承型號表206-8 主軸前軸承額定靜載荷： (3-23) 主軸后軸承額定靜載荷: (3-24) 前軸承壽命: (3-25) 后軸承壽命: (3-26) 前軸承型號: 130×180×24/ B71926E.T.P4S.UL（FAG） 后軸承型號: 110×170×28/ B7022C.T.P4S.UL（FAG） 3.5 主軸軸承的選用和配置方式 電主軸的軸承承主要有滾動軸承、流體靜壓軸承和磁懸浮軸承。電主軸的主要支撐元件是滾動軸承。電主軸結(jié)構(gòu)基本上都是采用角接觸球軸承支撐?軸承的配置形式也是取決于載荷的方向、大小以及主軸的工作要求。根據(jù)軸系零件定位形式不一樣，軸的支撐結(jié)構(gòu)可分為三種型式：兩端游動支承，一端固定、一段游動支撐和兩端固定支撐。 電主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計采用兩端固定支承，在采用兩端固定支承時，應(yīng)該留出適當?shù)拈g隙，用來補償工作時軸的熱伸長量，同時應(yīng)該提供適當?shù)恼{(diào)整間隙方法。我采用角接觸軸承，可以通過調(diào)整螺母來調(diào)整軸承之間的間隙，讓主軸能夠?qū)崿F(xiàn)正常運轉(zhuǎn)。 首先通過對電主軸的受力分析，得到軸承大約承受3000N到4000N之間的載荷，屬于中等載荷。故采用球軸承，并且電主軸有較高的極限轉(zhuǎn)速，電主軸的轉(zhuǎn)速在0r/min到4000r/min之間，所以優(yōu)先選用球軸承。在球軸承中，角接觸球軸承承受徑向力和軸向力，本設(shè)計主軸在運轉(zhuǎn)的過程中，也會產(chǎn)生軸向力和徑向力，綜合比較下，角接觸球軸承是最好的選擇方式。 如圖3.7所示，根據(jù)接觸角的不同會有許多差距，當?shù)妮S向剛度較所以徑向剛度和允許的轉(zhuǎn)速也會很低。當?shù)臅r候，主軸轉(zhuǎn)速可以更高些，不過會導致軸向剛度較低，常用于軸向載荷小的場合。 圖3.7角接觸球軸承的型號 最后通過對主軸的受力分析，剛度分析。如圖3.8所示主軸后軸采用兩個背對背的角接觸球軸承，如圖3.9所示主軸前軸主要采用背對背和串聯(lián)三個的角接觸球軸承。 圖3.8 電主軸后軸軸承裝配 圖3.9 電主軸前軸軸承裝配 3.6 主軸軸承間隙的調(diào)整和預緊 角接觸球軸承通常為點接觸，剛度較也會比較低。為了提高軸承的承載能力和剛度，常用多聯(lián)組配的辦法。如圖3.10所示的是在當今應(yīng)用中最主要的三種裝聯(lián)配置方式，分別是面背對背、面對面、串聯(lián)三種。 背靠背 面對面 串聯(lián) 圖3.10軸承的裝配方式 軸承在預緊之后，兩個再在一起的軸承之間就會不存在間隙了，軸承中滾動體在不同位置上支承主軸導致主軸的精度得到提高。軸承中的滾道是不可以保持標準圓形的，滾動體的直徑也是不能保持相等，所以結(jié)果就是軸承在預緊前只能保持少量滾道和滾動相接觸。軸承預緊后，會使得軸承的滾道和滾動體受到壓力導致變形，并且讓受力的滾動體變多并且受力變得也很均勻。明顯的提高軸承的使用壽命、回轉(zhuǎn)精度精度、剛度。不過軸承預緊后，會使熱量增加，發(fā)熱的會更多，導致溫升提高；從而軸承預緊會導致軸承壽命下降，所以要合理的軸承預緊。 如圖3.11所示，角接觸球軸承是在軸向力Fa0的作用下（圖a），使內(nèi)，外圈產(chǎn)生軸向錯位實現(xiàn)預緊。多聯(lián)角接觸球軸承是根據(jù)預緊力組配的。并且現(xiàn)在的軸承廠規(guī)定了輕預緊、中預緊、重預緊三種級別預緊。軸承廠在內(nèi)圈（背靠背圖b）或 外圈（面對面圖c）組配，圖c的斷面根據(jù)預緊力磨去。裝配時擠緊，便可得到預定的預緊力。在軸向載荷作用下，不受力側(cè)軸承的滾動體與滾道不能脫離接觸。而滿足這個條件的最小預緊力，雙聯(lián)組配為最大軸向載荷的35%；三聯(lián)組配為最大軸向載荷的25%。 （a） （b） （c） 圖3.11軸承的預緊 以上公式都選自機床設(shè)計手冊第三冊和現(xiàn)代數(shù)控機床第二版  第4章 潤滑、密封和冷卻 4.1 主軸軸承的潤滑 主軸軸承的潤滑方式有：油脂潤滑方式、油液循環(huán)潤滑方式、油霧潤滑方式、油氣潤滑方式等方式。 (1)油脂潤滑方式 油脂潤滑是目前運用在主軸軸承最多的一種方式。所用的油脂種類：高級鋰基油脂或德國產(chǎn)NBU-15型油脂。主軸前端的密封方式采用迷宮式密封方式；后端密封，則既可以使前端類似方式，也可以使特殊密封圈密封。 (2)油液循環(huán)潤滑方式 油液潤滑主要是在機床轉(zhuǎn)速中等的場合。例如THM6350型精密臥式加工機床主軸后支承，就是采用這種強制冷卻的有液循環(huán)潤滑方式。 (3)油霧潤滑方式 采用油霧潤滑方式，冷卻效果好。油霧潤滑通常利用空氣對軸承產(chǎn)生壓力，但油霧容易被吹出，污染環(huán)境，與油脂潤滑相比，摩擦力矩和溫升都大。 (4)油氣潤滑方式 油氣潤滑方式主要是為了方便高速主軸潤滑而研究開發(fā)的新型潤滑方式。供油量比油霧潤滑少，但可準確供給極少量的油液，且對油的粘度和極壓添加劑不受控制。當油氣潤滑空氣壓力高和流量大的時候可產(chǎn)生冷卻作用。比且油氣潤滑可以防止冷卻液和雜志顆粒進進入主軸軸承。但是油氣潤滑的成本很高，油氣潤滑原理圖如4.1所示。 圖4.1油氣潤滑原理圖 綜上所述，要保證電主軸的高精度，高速要求以及考慮對成本的分析，油脂潤滑是最好選擇。 4.2 電機的冷卻 內(nèi)置式電動機組成主要是帶冷卻套的定子和空心轉(zhuǎn)子，帶冷卻套的定子是直接安裝在主軸的殼中的，而空心轉(zhuǎn)子通過過盈配合的形式直接套裝在主軸上，從而導致變頻電動機和主軸的是合為一體的。車銑復合電主軸因為是采用內(nèi)置式主軸結(jié)構(gòu)，所以電動機是在電主軸箱體內(nèi)，電主軸內(nèi)部不能裝電扇散熱，所以導致電主軸內(nèi)部散熱條件較差．因而這樣需要一一些冷卻措施降低電主軸電機的發(fā)熱。 到目前為止，現(xiàn)在電主軸基本上運用的就是冷卻水循環(huán)控制系統(tǒng)的溫升或者是運用油冷卻裝置控制冷卻油在主軸軸承外強制冷卻，這屆帶走電機在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的熱量。圖4.2所示為本設(shè)計中電主軸采用的油水熱交換冷卻系統(tǒng)簡圖。在這個冷卻系統(tǒng)中，直接采用冷卻油水通過冷卻套直接帶走電主軸在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生熱量。在冷卻的過程中，要考慮電動機的絕緣安全，要對定子進行連續(xù)大量地循環(huán)油冷。冷卻油從油液入口進入，把從電機釘子上產(chǎn)生的熱量直接帶走然后從出油口流出來，經(jīng)過冷卻交換器把水油冷卻到室溫，最后在流入油箱，之后經(jīng)過油泵增壓流到油液進口，實現(xiàn)電主軸的循環(huán)冷卻。 圖4.2冷卻原理圖 4.3 主軸的密封 對于車銑復合電主軸來說，軸承在運轉(zhuǎn)的過程中，主軸箱里會產(chǎn)生許多細小顆粒物進入軸承中，從而導致降低主軸軸承的精度和壽命，這樣會對主軸軸承的性能有產(chǎn)生巨大的影響。由于電主軸的電動機為內(nèi)置式電動機，電機運轉(zhuǎn)過程中削液會少量進入主軸，導致里面會過分潮濕、而且一些粉塵也會使電動機繞組的絕緣變差以至于失效，然后可能會燒毀電動機。因此電主軸必須防塵防潮而且也必須防止切削油進入主軸。所以電主軸的密封工作是最主要的考慮的問題。 軸承的密封裝置有接觸式密封和非接觸式密封兩種。接觸式密封一般有間隙式、迷宮式、墊圈式等不同的接觸結(jié)構(gòu)。由于非接觸式的密封件和軸或者配合件有接觸，所以一般常用在高速軸承中的密封。接觸式密封包括毛毯密封、橡膠密封等。在此類密封裝置中，密封件會與其他配合件直接接觸，所以在運轉(zhuǎn)的過程中會產(chǎn)生磨損，溫度會提高，一般適用于中低速的軸承密封。 迷宮式密封主要是由許多環(huán)形齒依次排開，各個環(huán)形齒之間存在著間隙，形成迷宮一樣的密封方式，這樣形成的密封方式可以是冷卻油，雜質(zhì)顆粒進入軸承。迷宮式密封圈之間是存在間隙的，而且主軸軸承受熱膨脹的時不受影響的。適用于高速、高溫場合。所以本設(shè)計采用的是迷宮式密封圈進行密封。如圖4.3所示。 1-法蘭座；2-主軸 圖4.3 迷宮式密封  第五章 技術(shù)經(jīng)濟分析 5.1 技術(shù)經(jīng)濟分析的目的與意義 技術(shù)和經(jīng)濟分析是一種增加經(jīng)濟收益，促進作技術(shù)成長的為目標的科目，雖然在整個科學技術(shù)和經(jīng)濟學兩個不同的領(lǐng)域，兩者之間相輔相成，當一個國家的技術(shù)進步了，那就會成為國家發(fā)展重要一部分，所以經(jīng)濟的快速成長是作為技術(shù)發(fā)展的材料基地。 科技與經(jīng)濟的使用成本會計等相關(guān)信息，成本分析（人力，物力，財力）水平和結(jié)構(gòu)的變化。在當今社會經(jīng)濟快速發(fā)展，所以國內(nèi)也非常注重科技上的研究，但是研究成本會是最大的阻礙，在本設(shè)計車銑復合電主軸當中，電主軸當中電機、冷卻系統(tǒng)、潤滑和密封裝置、以及主軸軸承都需要很高的成本，所以需要做好電主軸的成本分析。做好成本分析是現(xiàn)在最關(guān)鍵組成部分，企業(yè)在做好成本分析的時候，廠家會正確的經(jīng)濟分析產(chǎn)品最開始的投入，能夠預見企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品可以給企業(yè)帶來多少利潤。一家公司如果可以合理的進行成本分析，就可以成為企業(yè)實現(xiàn)盈利的最重要的依據(jù)。 成為合格的設(shè)計人員，在相關(guān)部分的設(shè)計，但也考慮到的因素的成本，成本分析是關(guān)系到企業(yè)帶來經(jīng)濟利益。 5.2 成本材料分析 5.2.1 非標準件 表5-1非標準件外購費用 序號 名稱 材料 數(shù)量 凈重（Kg） 1 法蘭盤 45 2 0.888 2 墊圈圈 45 2 0.933 3 軸 45 1 2.181 4 冷卻管道 高精度冷卻油管 2 0.69 5 軸套 45 2 0.187 6 緊定螺釘 45 1 0.0006 7 密封圈 尼龍1010 4 0.001 8 墊塊 45 2 2.04 9 平鍵 45 1 0.88 10 底板 45 1 3.002 11 接頭 45 2 0.95 45剛總凈重：G1=9.1976kg，尼龍1010件的總凈重：G2=0.004kg，高精度冷卻油管G3=1.388kg 目前，45鋼的價格為3400元/噸，尼龍1010的價格75000元/噸，LY12鋁棒的價格28000元/噸。 表5-2外購件 序號 名稱 數(shù)量 單價（元/件） 1 角接觸球軸承B71926E 3 4 2 角接觸球軸承B7022C 2 4 非標準件外購總費用為221.5元 5.2.3 標準件 裝配圖中標準件的統(tǒng)計，如表5-3所示。 表5-3標準件外購費用統(tǒng)計 序號 名稱 規(guī)格 數(shù)量 單價（元/件） 1 鎖緊螺母 M6×16 3 0.01 2 螺栓 M4×12 4 0.01 3 六角圓柱螺釘 M5×35 6 0.01 4 內(nèi)六圓柱 頭螺釘 M8×30 8 0.01 5 鎖緊螺母 M6×30 3 0.01 6 緊定螺釘 M835 6 1 7 六角螺母 M10 4 1 表5-3（續(xù)） 9 彈簧墊圈 16 2 0.02 10 螺栓 M4×35 6 0.01 11 圓柱銷 M835 6 0.53 12 內(nèi)六圓柱頭螺 釘 M12×30 6 0.01 13 螺母 M20 8 1