电主轴结构三维设计.docx
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毕 业 论 文
电主轴结构三维设计
3Ddesignoftheelectricspindlestructure
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毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标
注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得安阳工学院及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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本人完全了解安阳工学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
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作者签名：
日 期：
电主轴结构三维设计
摘要：
电主轴作为高速数控机床最关键部件，其性能好坏在很大程度上决定了整台高速机床的加工精度和生产效率。
电主轴就是直接将空心的电动机转子装在主轴上，定子通过冷却套固定在主轴箱体孔内，形成一个完整的主轴单元，通电后转子直接带动主轴运转。
电主轴主要具有结构简单响应性能好，以及转动惯量、功率损耗相对较小等优点，这是满足现代数控机床产品高速运转和进行精密加工的基础。
本设计阐述了电主轴的发展概况、现状以及趋势，并介绍了电主轴的工作原理及主要结构。
然后，通过利用查阅资料确定24000r/min 磨床电主轴结构设计的基本思路，设计出合理的电主轴结构，重点对电主轴的主轴进行了设计和校核，并对电机轴承进行了选择和校核。
最后，运用Catia对该电主轴进行了三维设计。
关键词：
磨床电主轴结构设计校核三维
3Ddesignoftheelectricspindlestructure
Abstract:
Theelectricspindleasahigh-speedCNCmachinetoolsthemostcriticalcomponents,itsperformanceisgoodorbadlargelydeterminethehigh-speedmachiningaccuracyandproductivity.Electricalspindlesisbeingmadebyadirectmotorrotorofbehollowpackinmainshaftonandstatorknowssuper-coolingbutcoverfixes,whichformacompleteunitofmainshaftinthecasingholeofmainshaft,andthentheelectricityrotordirectlydrivetheoperationofmainshaft.Theelectricspindlehasasimplestructureresponseperformance,andmomentofinertia,thepowerlossisrelativelysmall,etc.,whichmeetthehigh-speedoperationofthemodernCNCmachinetoolsandprecisionmachining.Thedesigndescribedtheoverviewofthedevelopment,currentstatusandtrendsoftheelectricspindle,anddescribestheworkingprincipleandmainstructureoftheelectricspindle.Then,bytakingadvantageofaccesstoinformationtodetermineareasonableelectricspindlestructure24000r/minGrinderSpindlebasicideaofthestructuraldesign,design,focusingonthespindleoftheelectricspindledesignandverification,andmotorbearingselectionandverification.Finally,theuseofCATIAthree-dimensionaldesignofthespindle.
Keywords:
Electricgrinderspindle;Structuraldesign;Verification;Three-dimensional
引 言
高速加工技术越来越受到人们的关注，它不仅可获得更大的生产率，而且还可获得很高的加工质量，并可降低生产成本，因而被认为是21世纪最有发展前途的先进制造技术之一。
当代4大先进制造技术之一的超高速切削具有高切削速度、高进给速度和高加工精度的特性。
是继数控技术之后使制造技术产生又一次重大变革的一项高新技术，具有极高的生产效率。
而研制和开发超高速机床，是实现超高速加工的基本前提，其中实现高速加工最根本、最关键的技术是实现高的切削速度，而高速切削的主要执行者高速主轴就在所难免的担起了主要的作用。
高速电主轴是高速加工机床的核心功能部件，开发拥有自主知识产权的电主轴是机械加工行业的迫切需求。
电主轴是最近几年在机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，在中高档数控机床中应用广泛。
它与直线电机技术、高速刀具技术一起，将会把高速加工推向一个新时代。
变化，没有自己的独特产品。
我国大型数控车床用实用型电主轴的开发始于1998
我国高速电主轴的设计制造技术刚刚起步,目前尚未形成批量生产规模，电主轴的各项性能指标和国外尚有较大的差距。
虽然现在能够生产高速切削机床的企业已有约20多家，但大多部分以引进技术为主，基本上靠调整加工中心来实现轴的
年，目前正以蓬勃的发展势头迎头追赶世界水平。
洛阳轴承研科技股分有限公司作为国内电主轴领域的龙头企业，基本代表了国同机床的电主轴的最高水平。
其他厂商如安阳RABBIT、无锡机床厂、济宁博特精密丝杠、汉江机床厂、北京机床所等一批企业也在数控机床用电主轴的一发与研究方面也作出了很好的尝试。
在电主轴的设计中有几个要特别注意的，如电机的放置形式、轴承的选用、润滑系统、冷却系统、动平衡等。
它们是决定电主轴是否能实现高速旋转的关键因素。
本毕业设计主要介绍了电主轴的工作原理、轴的设计、轴承技术以及关键技术等。
电主轴就是直接将空心的电动机转子装在主轴上，定子通过冷却套固定在主轴箱体孔内，形成一个完整的主轴单元，通电后转子直接带动主轴运转。
它主要应用在复合加工机床、多轴联动、多面体加工机床和并联机床中。
本设计研究的主要内容本设计的主要内容如下：
（1）24000r/min磨床电主轴总体结构设计；
（2）24000r/min磨床电主轴的设计与校核；
（3）轴承的选择、装配和密封；
（4）绘制磨床电主轴装配图和主轴零件图；
（5）用CATIA软件进行磨床电主轴三维制图。
第一章电主轴概述
1.1电主轴的基本结构
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6
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21
1—后盖，2—转子轴，3—后螺母，4—后轴承，5—后外隔垫，6—后内隔垫，7—后轴承座，8—
导套，9—轴承座套，10—弹簧垫，11—冷却套，12—定子，13—平衡环，14—壳体，15—前大盖，16—前外隔垫，17—前内隔垫，18—前轴承，19—前小盖，20—前螺母，21—防尘罩。
图1-1 电主轴结构示意图
电主轴由主轴及壳体、辅助装置、检测装置组成。
如图2-1所示，电机转子采用压配方法与主轴做成一体，主轴则有前后轴承支撑。
转子定子通过内水套装于主轴单元的壳体中。
主轴的变速由主轴驱动模块控制，而主轴单元内的温升由冷却装置
控制。
1.2电主轴的工作原理
电主轴作为机床的核心部件，它将机床主轴与交流伺服电机轴合二为一，即将电主轴的定子、转子直接装入主轴组建的内部，并经过精确的动平衡校正，具有良好的回转精度和稳定性，形成一个完美的高速主轴单元，也被称为内装式电主轴，其间不再使用皮带齿轮传动副,从而实现机床主轴系统的“零传动”,通电后转子直接带动主轴运转。
1.3电主轴的特点
（1）高回转精度磨削中心的主轴是装夹工件的基准，并将运动传递给工件，因此主轴的回转精度直接影响加工精度。
为保证电主轴在高速运转的回转精度，其关键零件必须进行精度加工和超进度加工，选用尺寸和精度等级合适的轴承，采用合
理的装配方案。
（2）高刚度 主轴刚度反应主轴单元外载荷的能力，尤其进行磨削加工时，切屑量较大，主轴要承受很大的径向力。
为了保证加工精度、避免震动，要求电主轴具备较高的刚度，特别是径向刚度。
（3）抗震性强 机车加工时，主轴部件不仅受静态力的作用，同时还受其他冲击力和交变干扰力的作用而产生震动。
震动是主轴动态性能的重要指标，震动会产生噪声，并直接影响工件加工表面质量，震动严重时会产生崩刃现象。
因此，电主轴的抗震性要强。
（4）电机特性优良 数控机床要求有较广的加工范围，这就要求电主轴既要有优良的低速加工性能，又要有好的高速加工性能。
在起步及低速段采用恒转矩调速，保证低速有较大的输出转矩，满足低速大进给的切屑要求。
而高速段采用恒
功率调速，可满足小切屑量的高转速要求。
对一些低速要求高的电主轴，应采用
高性能的矢量变频控制。
（5）热性能稳定 由于电主轴将高速电机置于主轴部件内部，高速运转时，电机转子、定子和轴承的发热量很大，并引起热变形，直接影响机床的工作性能和加工精度，因此要求电主轴的热性能稳定。
1.4电主轴的关键技术
1）高速电机技术
电主轴是主轴与电机融合在一起的产物，主轴的旋转部分是电机的转子，所以可以把电主轴看成一台高速电机，其关键技术是高转速下的动平衡。
2）高速轴承技术
电主轴通常采用静压轴承、陶瓷球轴承及电磁悬浮轴承，根据用户需要，也有部分采用钢球轴承。
目前，磁悬浮轴承支撑是最有发展前途的一种电主轴支承形式。
3）润滑、冷却技术
对于球轴承可以采用脂润滑，但缺点是转动时会产生阻力和增加温升。
对于电
主轴一般采用定时定量油气润滑，所谓定时，就是间隔一定的时间注一次油，所谓定量，就是通过定量阀，准确的控制每次润滑油量；油气润滑，指的是再压缩空气的携带下，润滑油被吹入轴承。
油量的控制很重要，太少，不能起到润滑作用；大多，再轴承高速运转时会因阻力大而产生的热量多。
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