毕业设计论文数控机床主轴支承系统设计.docx

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毕业设计论文数控机床主轴支承系统设计

数控机床主轴支承系统设计

【摘要】

本论文主要阐述了数控机床主轴支撑系统的选用及日常维护，衡量数控机床的重要指标主要是衡量加工精度和机床使用寿命，而机床的主轴部件是机床的一个关键部件，主轴部件的工作性能直接影响到机床的加工质量和生产率，所以在选用主轴部件是应由其注意，既要考虑耐用、方便安装维修和日常保养，也要考虑一定的经济性。

在现有的技术条件下，数控机床主轴支撑系统有滚动轴承、磁浮轴承、电主轴和静压轴承四大类。

本论文主要从多个方面综合对比这四种支撑系统的优缺点，最后做出合理的选择。

确定静压轴承为最佳设计方案。

关键词：

数控主轴支撑

Abstract：

Thepresentpapermainlyelaboratednumericalcontrolenginebedmainaxlesupportsystemselectionandtheroutinemaintenance,theweightnumericalcontrolenginebedimportanttargetmainlyisweighstheprocessingprecisionandtheenginebedservicelife,buttheenginebedmainaxlepartisanenginebedkeycomponent,themainaxlepartoperatingperformanceaffectsdirectlytheenginebedprocessingqualityandtheproductivity,thereforeisselectingthemainaxlepartisshouldbyitsattention,alsomustconsiderdurable,theconvenientinstallmentserviceandthecurrentmaintenance,alsomustconsidercertainefficiency.Undertheexistingengineeringfactor,thenumericalcontrolenginebedmainaxlesupportsystemhastherollingbearing,magnetismfloatsthebearing,theelectricitymainaxleandthestaticpressurebearingfourbigkinds.Thepresentpapermainlycontraststhesefourkindofsupportsystemfrommanyaspectsynthesisthegoodandbadpoints,finallymakesthereasonablechoice.Definitestaticpressurebearingforbestdesignproposal.

Keyword:

Numericalcontrolmainaxlesupport

前言

从中国机械工业联合会获悉：

近几年来，我国机床行业每年以两位数的速度增长，迎来快速发展时期，国内机床行业呈现国有、民营、三资企业共同发展的局面，行业结构得到优化，整体素质明显提高。

从2002年以来我国连续5年成为世界机床消费第一大市场，2005、2006年我国机床产值居全球第三，已成为世界机床大国。

2007年1～10月份，我国机床工业总产值同比增长26.2%，利润同比增长37%，行业景气度继续维持高位运行。

在国家大力振兴装备制造业、鼓励自主创新的大环境下，机床行业科研成果层出不穷，新产品开发成果显著，五轴联动数控机床、多功能复合机床等高性能数控机床产品初具规模，产品的数控化率逐年提高，国产化率持续提高，进口替代明显。

一些机床优势企业通过兼并、收购、重组，特别是收购外资企业，在不断提高国内企业技术水平，力争“做大做强”。

同时，伴随我国汽车、船舶、工程机械、航空航天等行业的快速发展，对机床行业提供了巨大的需求，我国机床行业的长期发展被看好。

预计国内的机床消费将保持15%以上快速增长，而数控机床将保持30%左右的增速，数控机床每年将超过普通金属切削机床发展速度20个百分点以上，数控机床发展前景宽广。

从以上的数字可以看出，数控机床的产量在不断提高，但是仅解决产量问题是不够的，数控金属切削机床的加工范围、加工精度等方面也要不断的提高，这就要求设计人员可以借鉴外国的先进技术来完善国内数控机床的不足。

随着产品的复杂程度越来越大，加工精度的要求越来越高，对所数控机床的加工范围、加工精度等有了更高的要求，是数控机床要想精密、超精密，高速、超高速数控机床发展。

在这样的情况下，就对数控机床的主轴部件的设计和安装提出了更高的要求。

因为主轴部件是机床的执行件，它的功能是支撑和带动工件或刀具，完成表面成形运动，同时还起传递运动和扭矩。

承受切削力和驱动力等载荷的作用。

由于主轴部件的工作性能直接影响机床的加工质量和生产率，因此它是机床中的一个关键部件。

本书第一章主要介绍数控机床的发展史，以及国内外的先进技术。

第二章到第五章主要介绍滚动轴承、磁浮轴承、电主轴和静压轴承这四大支撑系统的优缺点及适用范围第六章主要从多个方面进行比较，综合评价这四大支承系统对加工精度的影响，最后作出合理的分析和选用。

由于编者水平有限，编写时间短促，书中不妥之处恳请批评指正。

1绪论

2002年中国成为全球最大机床消费市场以后，进口机床在国内市场上的占有率就一直居高不下，在过去的5年中，机床进口速度基本上与国内机床消费速度同步增长，其在国内市场占有率一直维持在60%左右。

而作为机床消费市场主流产品的数控机床，国产产品的市场占有率则更低。

2001年，国内产品的市场占有率为29%，以后逐年下降，到2004年则降低到了26.9%，2005年又回升到30.4%。

1.1 引言

车、铣、刨、磨、镗、钻、电火花、剪板、折弯、激光切割等等都是机械加工方法，所谓机械加工，就是把金属毛坯零件加工成所需要的形状，包含尺寸精度和几何精度两个方面。

能完成以上功能的设备都称为机床，数控机床就是在普通机床上发展过来的，数控的意思就是数字控制。

　　给机床装上数控系统后，机床就成了数控机床。

当然，普通机床发展到数控机床不只是加装系统这么简单，例如：

从铣床发展到加工中心，机床结构发生变化，最主要的是加了刀库，大幅度提高了精度。

加工中心最主要的功能是铣、镗、钻的功能。

我们一般所说的数控设备，主要是指数控车床和加工中心。

　　我国目前各种门类的数控机床都能生产，水平参差不齐，有的是世界水平，有的比国外落后10－15年，但如果国家支持，追赶起来也不是什么问题，例如：

去年，沈阳机床集团收购了德国西思机床公司，意义很大，如果大力消化技术，可以缩短不少差距。

大连机床公司也从德国引进了不少先进技术。

上海一家企业购买日本著名的机床制造商池贝。

　　近几年随着中国制造的崛起，欧洲不少企业倒闭或者被兼并，如马毫、斯滨纳等。

日本经济不景气，有不少在80年代很出名的机床制造商倒闭。

1.2数控机床的概况

随着科学技术的迅速发展，社会对产品多样化的要求愈来愈强烈，从而要求产品更新换代的周期越来越短，使多品种、小批量生产的比重明显增加；同时，随着航空航天、造船、军工、汽车、农业机械等行业对产品性能要求的不断提高，产品中形状复杂的零件越来越多，加工质量要求也不断提高。

采用传统的普通加工设备已难以适应这种多样化、柔性化及复杂形状零件的高效率高质量加工的要求。

为解决上述问题，一种高精度、高效率的“柔性”自动化生产设备——数控机床就应运而生了。

数控机床的研究起源于飞机制造业。

1947年，美国帕森斯（Parsons）公司为了精确地制造直升机的机翼、桨叶和飞机框架，提出了用电子计算机控制机床来加工形状复杂零件的设想。

1949年，美国空军为了能在短时间内制造出经常变更设计的火箭零件，与帕森斯公司和麻省理工学院伺服机构研究所（ServoMechanismLaboratoryoftheMassachusettsInstituteofTechnology）合作，开始了三坐标铣床的数控化工作，于1952年研制成功世界上第一台数控机床——三坐标数控铣床。

经过三年的试用和改进，于1955年进入实用化阶段。

此后，德国、英国、日本和前苏联等国也开始了数控机床的研制开发工作。

1959年，美国Keaney＆ Treckre公司开发出了具有刀具库、刀具交换装置、回转工作台的数控机床，可以在一次装夹中对工件的多个面进行钻孔、铰孔、攻螺纹、镗削、铣削等多种加工，不仅提高了生产率，而且使加工精度大大提高。

这类带有刀具库和自动换刀装置的数控机床称为加工中心（MachiningCenter），它已成为当今数控机床发展的主流。

1958年，清华大学和北京第一机床厂合作研制出我国第一台数控铣床，由于我国基础理论研究滞后，相关工业基础薄弱，特别是电子技术落后，数控系统没有突破，虽然我国起步不晚，但发展不快，60-70年代，由于文革等因素，我国与发达国家差距开始拉大。

70年代国家组织数控机床攻关，取得一定成效，相继推出一些数控机床品种，但从整体来看，我国数控机床产业尚处于起步阶段。

80年代前期，我国引进了日本数控系统，通过消化吸收，提高了数控系统的可靠性。

同时开始自行研制、开发并小批量生产数控机床，数控机床品种和质量有了突破性进展，我国数控机床进入实用阶段。

国家从科技攻关和技术改造两方面对数控机床产业进行了重点扶植，并加快了国产数控系统的开发。

普及型数控系统开发成功，为数控机床商品化和规模化生产奠定了基础。

一些数控机床主机厂组建床身、箱体、主轴、轴套等成组单元，厂内组织专业化生产，生产水平进一步提高。

CAD\CAPP\CAM开始应用，开发能力、工艺水平和产品质量进一步提高，奠定产业化基础，“十五”数控机床进入了快速发展期。

目前，我国除了能够生产和设计生产常规的数控机床外，还生产了柔性制造系统。

1984年北京机床研究所研制成功DMC-1和FMC-2柔性加工单元，之后又和FANUC公司在北京研究所内建立了第一条柔性制造系统（JCS-FMC-1型），由于加工直流伺服电机的轴类，法兰盘类和壳体类零件。

近年来，我们又先后在北京，长春等地安装和使用。

这一切说明，我国的数控机床技术已经进入了一个新的发展时期。

1.3数控技术的发展趋势

数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。

从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面

1.3.1高速、高精加工技术及装备的新趋势

效率、质量是先进制造技术的主体。

高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。

为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。

在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。

近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代