（图纸+论文）机床高速电主轴的结构设计（全套完整）㊣精品文档值得下载

过皮带齿轮副等中间传动装置带动主轴旋转进行工作，电主轴，即电机内置式主轴，是将无外壳高速电机空心转子直接热装在机床主轴上，带有冷却套的定子则安装在主轴单元的课题内，其间不再使用皮带齿轮及联轴器等中间传动部分，电机直接驱动轴体，从而实现“零传动”的电机轴体体化主轴功能部件，因此又被成为内装式电主轴况等多种条件影响，所以确定理想的供油量相对较难，只能尽量靠近合理的范围，根据相关文献的介绍，对于超高速电主轴轴承，所需要的润滑油供油量需根据轴承形式油路设计状况和油品特性，由经验和试验确定。

为了根据实际需要精确控制前后轴承的分配油量，从结构上可以采取如下措施前后喷油口的截面积和小于进气口截面积喷油孔的喷射角与轴线大约成，便于直接把润滑油喷射到轴承工作区根据前后轴承实际需要的不同，将配油环上的喷油孔设计成不同的大小。

油气润滑的润滑油的选用润滑油是以极为精细的方式定量供给于轴承，对于润滑油的种类粘度耐磨性耐高温稳定性和油品有较高的要求。

般选用粘度为的导轨油，尽量不要使用以下的润滑油，重载条件下还应考虑选用含耐高压添加剂的润滑油，同时禁止使用含有二硫化钼的润滑油，因为其中的二硫化钼会停留在喷嘴处，阻塞喷嘴，同时二硫化钼会增加轴承内部零件表面的粗糙度，加剧磨损。

根据相关研究资料，陶瓷球轴承的磨损机理主要是磨料磨损与化学腐蚀磨损，抗磨液压油具有较好的减摩抗磨性能，且适合在各种载荷下工作，是陶瓷球轴承较为理想的润滑油，因此本设计拟采用抗磨液压油作为轴承的润滑油。

.冷却系统的设计电主轴的热源分析高速电主轴的主要热源主要由以下两个部分组成内装电动机的发热，其三分之二热由定子产生，主要体现为通电绕组的铜损，其他的三分之来自于转子，主要体现为铁芯的铁损和谐波损耗陶瓷球轴承的发热，在高速机床电主轴系统中，轴承的运转速度极高，摩擦产生的热量和对润滑油的搅动将对电主轴造成定的温升。

冷却方式的选择液体冷却液体冷却是指根据电主轴需要的冷却强度，在外围配备相应的冷却机水冷机或油冷机，通过调节冷却机输出的流量和压力来控制主轴的温升，而冷却机的选用应根据电主轴在最高转速和额定转速工况下所需要的冷却能力来确定。

这种冷却方式的优点是设计简单可靠，冷却效果较为明显，缺点是对轴芯的冷却效果较差，冷却机成本较高。

气体强制冷却空气强制冷却具有无污染特性，随着恒温车间的日渐广泛，也得到越来越多的应用。

空气强制冷却的原理是在电主轴外壳和电机定子之间设置个强制对流通道，线圈产生的热量通过热传导进入到强制对流区，经过强制冷却气流的热交换，把热量带到周围的空气中，从而实现电主轴的恒温工作。

根据实际情况，本设计采用液体冷却，于机壳上开个专门用于通冷却液的通道，实际见图纸。

高速电主轴的电机设计.电机选型对电机性能的需求本设计所设计的高速电主轴，要保证能够在持续高速状态下工作，承受较大的切削力和轴向力，并保证在这工况下运转的可靠性和使用寿命，因而对电机有吐过要求与主轴的设计要求相匹配，详细的参数见设计说明书第章要求有较好的控制性能，因为主轴系统常处于启动加减速制动急停等复杂工况下运转，对电机的控制性能要求较高启动和制动时要求精确可靠，正常工作时要求速度波动小运转平稳抗干扰能力强要求有较好的散热性能，因为主轴系统处于高速高转矩高。

用于高速电主轴的滚动轴承有圆柱滚子轴承圆锥滚子轴承和角接触球轴承等多种轴承形式，其中以角接触球轴承应用最多。

角接触轴承可以同时承受轴向径向联合载荷及方向不明确的附加载荷，且允许的极限转速较高，对于作用在主轴上的载荷可做到速度和刚度之间的最佳匹配，因此可以达到精密电主轴的高速高刚度大功率高效的要求，可以作为要求较高的前端支承。

为提高刚度，角接触球轴承般采用多联的配置方式，而同轴承组中的每个轴承的误差不尽相同，配对数的增加会降低整个轴承组的转速，从而影响主轴能达到的最高速度。

成对的接触球轴承最好采用背对背安装，因为这种安装方式下同轴承组中的两个轴承的接触点之间有更大的距离，可以产生个更大的抗弯力矩，能够提高支承的总体刚度，从而提高了主轴刚度。

后端支承只承受径向力，不承受轴向力，选用圆柱滚子轴承作为游动端。

图.结合利弊，前端选用压力角为，精度等级为超精密级级的角接触陶瓷球轴承，双联背对背配置，中间加隔套，后端选用双联陶瓷圆柱滚子轴承级，得到的轴承布置形式如图.所示。

轴承的具体选型要在后面轴的设计时根据安装段的轴颈选用。

轴承的润滑该设计中轴承采用国外发达国家普遍使用效果较好技术成熟的油气润滑技术。

油气润滑的基本原理是利用具有定压力的压缩空气使微量的润滑油以微小油滴的形式沿管道内壁不断地流动，分别连续不断地精确地供给每套主轴轴承，微小油滴在进入内外滚道之后形成弹性动压油膜，而输送油滴的压缩空气顺便带走轴承转动产生的部分热量，从而实现轴承的精确定时定量润滑，同时能够起到定的冷却效果。

除了油气润滑，仍然有其他的多种润滑方式可供选择。

但存在以下的些缺点故而不予使用油雾润滑润滑效果好高速性能好可靠性高，同时可以通过压缩空气带走大量的热，但供油量无法精确控制，油雾无法有效进入润滑区域，使各摩擦点的油量处于个波动的状态上，对于轴承寿命有定影响，同时油耗严重，排出的油雾会严重污染环境，损害工人身体健康，进入电主轴内部，影响电主轴寿命喷射润滑这种润滑方式比油雾润滑的效果更好，但功耗更大，对密封性不够导致的润滑油泄漏会造成更加严重的环境污染环下润滑这种润滑方式通过轴承内圈的微小孔利用离心力将润滑油甩到轴承内部，效果非常好，但机械结构极为复杂，实际应用较少。

油气润滑的结构油气润滑系统的组成较为复杂，主要部分如下供油部分供油部分主要由润滑油箱油泵溢流阀过滤器定量分配器和过滤器组成供气部分供气部分供给稳定的压缩空气，需要保证干燥和清洁度和定的压力，所以有空气过滤装置油水分离装置和压力控制阀油气混合部分包含根管道，油和气在管道中混合，均匀的分散在管道内表面油气分配部分通过喷嘴将混合好的油气直接喷入轴承。

油气润滑的供油量供油量受轴承形式工间隙的滑动轴承。

静压轴承为非接触式轴承，具有磨损小寿命长旋转精度高阻尼特性好振动小等优点，用在电主轴上，可使刀具寿命延长表面加工质量提高。

按润滑剂的种类可以分为两类，类是液体静压轴承，主要使用油为润滑剂，另类是气体静压轴承，使用气体作润滑剂，通常是使用空气作为润滑剂。

在气静压轴承中，采用气体作介质，由于气膜的均化效应，其旋转精度比轴承和轴套表面的圆度误差值小很多，采用气静压轴承的电主轴旋转精度可达.。

气静压轴承工作时与轴颈没有任何接触，没有磨损，在介质洁净主轴使用合理的条件下，可以达到相当长的使用寿命气静压轴承摩擦力矩极小，消耗的功率也极小，产生的热量非常少，温升很小，所以电主轴的热变形较小另外，采用气静压轴承的电主轴可以较好地保持刀具的锋锐性，降低加工零件表面粗糙度值，非常适合高精度加工的需要。

采用气体静压轴承的电主轴具有转速和回转精度高振动和噪声小使用寿命长摩擦功耗小无污染温度适应性强生产率高等特点。

气静压轴承的缺点是与滚动轴承相比刚度较差，不适合多冲击和变载荷的加工条件，径向承载能力较低，尤其不适合重载工况，对压缩空气的清洁度要求较高，使用费用和维护费用较高，因此不适合用于高速加工中心电主轴。

空气静压轴承多用于高速轻载和超精密的场合。

液体静压轴承用润滑油作承压介质，具有回转精度高刚性较高转动平稳无振动的特点，但由于结构复杂，在高速条件下，液面搅动，功率消耗大，温升较高，无法适应高速电主轴的工况。

动静压混合轴承动静压混合轴承是在静压轴承的基础上发展起来的种新型多楔油膜轴承，它综合了静压轴承和动压轴承的优点，克服了静压轴承供油系统过于复杂庞大和高速下发热严重的问题，避免了动压轴承启停时易发生干摩擦的弱点，具有结构紧凑调速范围宽高速性能好动静态刚度高等优点。

缺点是这种轴承必须进行专门设计，单独生产，标准化程度低，价格较高，使用维护较为复杂，目前在超高速主轴单元中较少应用。

磁悬浮轴承磁悬浮轴承又称为磁力轴承，它的原理是在轴颈圆周方向上布置多个互为度的电磁铁，在轴的径向产生多对均布的吸力或斥力，从而把主轴悬浮在空气中，其工作原理如图.所示。

磁悬浮轴承是非接触式轴承，轴承与轴颈的径向间隙约为毫米。

主轴工作时，因受力而发生个极为微弱的空间位置改变，对应的位置传感器可以测出这变化值，然后传递给反馈与自动控制装置，控制装置通过调节相应位置的磁力，使主轴快速的回到理想位置，从而实现主轴始终绕理想回转中心高速旋转的目的。

磁悬浮轴承是目前唯投入实用的可以实现主动控制的先进轴承，具有许多传统轴承不可比拟的优点转速极高摩擦损失小寿命长，维护成本低不需要润滑系统，结构紧凑，无污染能够进行实时监机床，高速，主轴，结构设计，毕业设计，全套，图纸电机结构示意表附录系列电机性能参数表附录系列陶瓷球滚子轴承参数表附录系列陶瓷圆柱棍子轴承参数表内容摘要当前的制造业的机床正步步的向着高速高功率高效率等方向发展，个国家的制造业实力往往就体现在这些方面。

高速机床电主轴是高速机床的核心部件，有着非常广阔的应用前景。

发展和应用高速机床电主轴技术，能极大的提高工厂的生产力加工精度和加工质量等等系列加工时的指标。

本毕业设计旨在根据实际需求，设计个满足要求且不乏经济性的高速机床电主轴的结构。

首先对高速机床电主轴的关键技术进行分析，其次对轴承散热动平衡等关键部分进行初步设计，然后对电主轴进行结构设计，最后验证设计，确保本毕业设计能够满足要求。

本研究设计的工作主要在以下几个方面分析高速机床电主轴主要存在的问题以及有关高速机床电主轴的关键技术，对电主轴的轴承及其润滑技术冷却和散热动平衡等方面进行研究，结合实际需求，对这些关键部位进行初步设计对电主轴进行整体设计，包括轴承的选型及其刚度计算电机的选型以及主轴的各项参数的计算，并验算结果。

关键词高速电主轴电主轴关键技术用于磨削小孔的高频电主轴，当时的变频器采用的是真空电子管，虽然转速高，但传递的功率小转矩也小。

随着高速切削的发展的需要和功率电子器件微电子器件和计算机技术的发展，产生了全固态元件的变频器和矢量控制驱动器，加上混合陶瓷轴承的出现，使得在世纪末期出现了大批用于高速切削的大功率大转矩高转速的高速机床电主轴。

作为国民经济支柱产业的制造业，是衡量个国家科学技术发展水平的重要标志，高速切削技术是加工制造技术的次革命性突破，是未来窃谑加工技术的重点发展方向。

高速切削技术是指利用超硬材料的加工刀具和高转速高精度和高自动化的制造装备，以实现切除效率加工质量和加工精度大幅度提升的先进制造技术。

图.萨洛蒙曲线高速切削起源于世纪年代，当时德国著名的切削物理学家卡尔•萨洛蒙博士提出了高速切削假设，阐述了著名的超高速切削理论，即萨洛蒙原理如图.所示，在常规切削速度范围内区，随着切削速度的增大，切削温度及刀具磨损程度呈线性增加，切削速度达到时，刀具会因为无法承受如此高的温度和磨损而不能继续使用，但是当切削速度增加到数值般常规切削速度的倍后，切削速度和刀具磨损速度反而随着切削速度的增加而降低。

当速度达到以上时，切削温度已经降到以下，又处于刀具允许的切削条件范围之内，因而对于每种工件材料，存在个从的速度范围区，在这个速度范围内，由于切削温度太高高于刀具材料允许的最高温度，任何刀具都无法承受，切削加工不可能进行，而处于以上切削速度的加工，就是高速切削加工。

实践证明随着切削速度的提高，切屑形态从带状片状到碎屑状发展，所需单位切削力在初期呈上升趋势，而后急剧下降，这说明高速切削比常规切削轻快，两者的机理也不同。

高速切削速度比常规切削速度几乎高出个数量级，正是萨洛蒙理论的出现，才得以使高速切削在理论上成为可能。

高速加工是种不增加设别数量而大幅度提高加工效率的技术，其切削速度范围与工件材料的种类加工方式有关。

高速切削技术的特点及应用高速加工能显著地提高生产率和降低生产成本，是项非常有前