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数控铣床的电主轴设计 [摘要]高速加工是以大幅度提高切削速度来达到提高生产率、加工精度、加工质量和降低成本的现代制造技术。在现代制造技术中，高速切削技术已成为一个不可阻挡的发展潮流。高速机床是实现高速切削的首要条件，而高速电主轴是高速机床的核心部件，因而对高速电主轴单元的动静态特性进行分析，优化结构设计，对提高高速机床性能有十分重要意义。 本文首先介绍了国内外数控铣床及加工中心的高速发展，阐述了电主轴是现代高速加工中高速主轴单元的必然的理想的选择。电主轴的研究与具体设计，包括机械部分电主轴的轴径设计，拉刀机构设计，轴承的选用、润滑及冷却等。在结构上采用内置电机，水循环冷却，FAG轴承，油气润滑和弹簧预紧等形式。控制部分采用矢量变频技术。采用变频器和编码器来控制主轴的定位准停.本次对机械部分的设计进行了性能分析.对其静刚度验证等评价。其结果表明达到了预期的性能指标要求。 [关键词]电主轴拉刀机构轴承内置电机恒功率调速准停制动矢量闭环控制系统 目录 引言1 1.数控铣床简介3 1.1.数控铣床组成3 1.2.数控铣床的工作原理4 1.3数控铣床加工的特点4 1.4数控铣床加工的主要对象4 2.电主轴概述5 2.1电主轴的基本概念5 2.2电主轴单元关键技术5 2.2.1高速精密轴承技术6 2.2.2高速精密电主轴的动态性能和热态性能设计7 2.2.3高速电动机设计及驱动技术7 2.2.4高速电主轴的精密加工和精密装配技术8 2.2.5高速精密电主轴的润滑技术8 2.2.6高速精密电主轴的冷却技术9 2.3高速电主轴发展及现状9 2.3.1高速电主轴技术的发展及现状9 2.3.2主轴单元结构形式研究的发展10 2.4电主轴对高速加工技术及现代数控机床发展的意义11 2.5内装式电主轴系统的研究12 3.电主轴工作原理及结构14 3.1电主轴的基本结构14 3.1.1轴壳14 3.1.2转轴14 3.1.3轴承15 3.1.4定子与转子15 3.2电主轴的工作原理15 3.3电主轴的基本参数16 3.3.1电主轴的型号16 3.3.2转速17 3.3.3输出功率17 3.3.4输出转矩17 3.3.5电主轴转矩和转速、功率的关系17 3.3.6恒转速调速17 3.3.7恒功率调速18 3.3.8轴承中径18 3.4自动换刀装置18 4.电主轴结构设计19 4.1主轴的设计19 4.1.1.铣削力的计算19 4.1.2主轴当量直径的计算20 4.2高速电主轴单元结构参数静态估算20 4.2.1高速电主轴单元结构静态估算的内容与目的20 4.2.2轴承的选择和基本参数20 4.3轴承的预紧21 4.4主轴轴承静刚度的计算21 4.4.1主轴单元主要结构参数确定及刚度验算23 4.4.2主轴单元主要结构参数确定24 4.4.3主轴强度的校核27 4.4.4主轴刚度的校核29 4.4.5主轴的精密制造30 4.5主轴电机31 4.5.1电机选型31 4.6主轴轴承32 4.6.1轴承简介32 4.6.2陶瓷球轴承32 4.6.3陶瓷球轴承的典型结构33 4.7主轴轴承精度对主轴前端精度影响34 4.8拉刀机构设计34 4.8.1刀具接口34 4.8.2拉刀杆尺寸设计36 4.8.3夹具体结构尺寸设计36 4.8.4松、拉刀位移的确定38 4.8.5碟型弹簧的设计与计算39 4.9 HSK工具系统结构特点分析41 4.10 HSK工具系统的静态刚度44 4.10.1 HSK工具系统的变形转角与极限弯矩44 5.电主轴的润滑与冷却47 5.1润滑介绍47 5.1.1润滑的作用和目的47 5.1.2电主轴润滑的主要类型47 5.1.3油气润滑的原理和优点49 5.2电主轴的冷却50 5.2.1电主轴的热源分析50 5.2.2电主轴的冷却方法51 5.3电主轴的防尘和密封51 6.电主轴的驱动和控制52 6.1恒转矩变频驱动和参数设置52 6.2恒功率变频驱动和参数设置53 6.3矢量控制驱动器的驱动和控制54 6.4普通变频器原理56 6.5本设计采用的变频器原理57 6.6主轴准停59 6.6.1主轴的准停功能59 6.6.2主轴准停的工作原理59 6.6.3主轴准停控制方法59 7．主轴动平衡62 7.1动平衡介绍62 7.2动平衡设计63 总结65 致谢66 参考文献67