数控机床电主轴与进给系统结构设计
CK6140数控车床主传动系统及进给伺服系统设计
__届毕业（设计）论文题目CK6140数控车床主传动系统及进给伺服系统设计专业班级学号学生姓名随笔客指导教师指导教师职称学院名称机电工程学院完成日期： 2014 年 5 月 25日CK6140数控车床主传动系统及进给伺服系统设计CK6140 CNC lathe main drive system and feed servo system design学生姓名指导教师摘要本文介绍了CK6140数控车床的组成及工作原理，对数控机床的主要组成部分：机床主轴箱，进给伺服系统及主轴PLC控制进行了总体的设计及其详细设计。
数控机床是现代机电一体化的典型产品，对提高零件的加工质量和加工效率具有较好的作用。
在本次设计中，主要完成了以下工作：根据给出的要求，首先确定设计要求给出的已知条件确定电机的型号和功率，传动系统的布局，变速方式，开停方式，换向方式，制动方式及齿轮的排列与布置。
然后根据转速范围及级数确定它的转速图、各齿轮的齿数和传动系统简图。
在根据已确定传动比来确定带传动。
通过轴的初步设计，进行齿轮的设计和校核。
选取相应的轴承和键，进行轴的具体设计和校核，键和轴承的设计和校核。
最后进行装配图和各个零件图的绘制，完成主轴箱的设计。
然后完成伺服系统的设计。
在对进给伺服系统进行设计时，要确定进给传动系统的传动方式及控制系统的形式。
设计中，选择进给伺服系统为开环控制系统。
通过给定的参数选择好步进电机的步距角可确定传动齿轮的传动比及滚珠丝杆的导程。
设计的进给伺服系统能够满足设计任务的要求。
关键词：数控机床主轴箱进给伺服系统AbstractThis thesis introduced the constitution and working principle of CK6140 machine tool，the primarily parts of NC machine tool designed：including proceeds the total design and detailed design. NC machine tool is a modern machine to give or get an electric shock the integral whole the typical model of technique the processing of product, right exaltation spare parts the quantity with process the efficiency to have the good function. In this design,primarily completed following work.According to the timetable to design. First identified design requirements given the known conditions determine the type and electrical power, drivetrain system layout, speed change, stop the way for the way braking and gear configuration and the way layout. Based on rotational speed and scope of the class to determine its rotational speed maps, the various gear and drivetrain system Chishu sketch. In accordance with established transmission belt transmission than to determine. Through axle of the preliminary design, gear design and verification. The bearings and get used to a specific axle design and verification, design and verification keys and bearings. Final assembly of the various parts and mapping. Completed the design of headstock.Then completing the design of the servomechanism system. In designing of servo system, we can determine driving mode of driving system and controlling mode of controllingsystem,choosing the servo system for opening wreath control the system.Passing the parameter to settle the choice the good step the step for the electrical engineering the distance cape can make sure to spread to move the spreading of wheel gear to move the radio the roll the bead silk the think stick's lead. Design of into give the servo system can satisfy to designthe request of the mission.Keywords：NC Machine Tool；Axis Housing；Servomechanism目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第一章卧式数控车床简介 (1)1.1数控车床简介 (1)1.2 CK6140介绍及设计说明 (2)1.3设计任务 (3)第二章 CK6140总体设计计算 (6)2.1总体设计要求 (6)2.2机床的总体布局的确定 (7)2.3换向方向的选择 (7)2.4开停方式选择 (8)2.5 制动方式选择 (8)2.6 齿轮布置与排布 (8)2.7 变速方式选择 (9)2.8进给系统的组成及选用 (10)第三章主变速箱总体设计 (12)3.1电机的选用 (12)3.2传动方案的拟定 (15)3.3确定各级的转速.................................... 错误!未定义书签。
XK5040数控铣床主轴箱进给机构及控制系统设计
XK5040数控铣床主轴箱进给机构及控制系统设计XK5040数控铣床是一种高精度的数控加工设备，其主轴箱、进给机构及控制系统的设计对整个机床的性能与精度至关重要。
首先，我们来看主轴箱的设计。
主轴箱是整个数控铣床的核心部件，负责转动刀具进行加工。
在设计主轴箱时，需考虑以下几个关键因素：主轴转速范围、刚性和稳定性、换刀系统和冷却系统。
对于主轴转速范围，需要根据实际加工要求和材料特性来确定。
主轴转速的选择要考虑到加工效率和加工质量。
另外，还需考虑主轴的刚性和稳定性，以确保在高速转动时不产生振动和弯曲。
此外，还需设计一个高效的换刀系统，实现自动化的换刀操作，以提高生产效率。
冷却系统的设计也很重要，可通过冷却液使主轴和刀具保持适宜的温度，确保长时间连续运行时不会过热。
接下来是进给机构的设计。
进给机构是用来控制工件在坐标轴方向上的运动，使刀具能够按照预定的路径进行加工。
在设计进给机构时，需考虑以下几个因素：进给速度、精度、刚性和传动方式。
进给速度的确定需要结合加工要求和材料特性，确保在一定的时间内完成加工任务。
精度是指进给机构能够按照预定的路径进行精确的移动，需考虑进给机构的定位精度和反复定位精度。
为了保证加工质量，进给机构的刚性也很重要，可以通过选用合适的材料和结构来提高刚性。
传动方式的选择要考虑到进给的平滑性和稳定性，常见的传动方式有滚珠丝杠和直线导轨等。
最后是控制系统的设计。
控制系统是整个数控铣床的大脑，负责对机床各个部件进行协调和控制。
在控制系统的设计中，需考虑以下几个方面：控制方式、控制精度、编程方式和人机界面。
综上所述，XK5040数控铣床的主轴箱、进给机构及控制系统设计是一个复杂的过程，需要考虑多个因素。
合理的设计将直接影响到机床的性能和加工效率。
因此，在设计过程中需要充分考虑实际需求和技术限制，确保设计出符合要求的数控铣床。
数控车床电主轴总体结构方案的创新设计
机床电器 ２ １． ０ １５
数 控 车 床 电 主 轴 总 体 结 构 方 案 的创 新 设 计
孙 彦旭 。 李 鹤 ， 彦平 ， 王 朱 奇 （ 山东鲁 南机 床有 限公 司 ，７ ５ ０ ２７０ ）
摘要 ： 本文论述 了车床 电主轴 的总体结构设计方 案和如何 确定 电主轴 的主要 技术参 数 ； 分析 了电主轴 平衡精 度 和动平衡 的方法 和位置 ； 创新点有靠锁 紧锥套 的弹性 变形 收缩使 电动机转 子 内套两端 紧紧抱 在主轴 上 ， 便 了机 床 方
大扭 矩和高 速满功率稳定 输 出。电主轴 的具体 结构 如 图 １ 示 。主轴前 轴承用 一组背对背超 高速 角接触 球 所
轴承， 后端用超 高速单列 圆柱磙子轴 承 ， 电动机 转子 加 热 收缩过盈装 配在转子 内套 上 ， 过盈 量 控制 在 １ ～ ０ｔ ｌ ７ ， ０Ｕ 因此 ， 装 配 时 必 须 在 油 浴 中将 转 子 加 热 到 在
额定 输 出扭矩 Ｍ ５ ＝９５ ０×１／ ６ ５３ ０＝３ ８Ｎ 高 速 绕 ９ ｍ； 组： 额定输 出 功 率 ２ Ｗ ， 功 率 转 速 范 围 （ ５ ２ｋ 恒 ６ ０～４ ５０ ／ ｎ 连 续实 现 额定 输 出扭 矩 Ｍ ５ ０ ）ｒｍｉ， ＝９５０×２ ／ ２
６ ０ ＝３ ３ Ｎｍ 。 ５ ２
主轴和 电动机转子 的拆 卸。 关键词 ： 电主轴 ； 结构设计 ； 技术参数 ； 动平 衡
中 图分 类 号 ：Ｐ０ Ｔ ２５ 文 献 标 识 码 ： Ｂ 文章 编 号 ：０４— ４ ０ ２ １ ）５— ０ ３— ３ １０ ０ ２ （０ １ ０ ０ １ ０
时， 可先松 开两端锁 紧锥 套上 的螺钉 ， 锁紧锥套 处在 自
数控机床进给系统设计
第一章、数控机床进给系统概述数控机床伺服系统的一般结构如图图1-1所示:图1-1数控机床进给系统伺服由于各种数控机床所完成的加工任务不同,它们对进给伺服系统的要求也不尽相同,但通常可概括为以下几方面:可逆运行;速度范围宽;具有足够的传动刚度与高的速度稳定性;快速响应并无超调;高精度;低速大转矩。
1、1、伺服系统对伺服电机的要求(1)从最低速到最高速电机都能平稳运转,转矩波动要小,尤其在低速如0、1r /min或更低速时,仍有平稳的速度而无爬行现象。
(2)电机应具有大的较长时间的过载能力,以满足低速大转矩的要求。
一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。
(3)为了满足快速响应的要求,电机应有较小的转动惯量与大的堵转转矩,并具有尽可能小的时间常数与启动电压。
电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力,才能保证电机可在0、2s以内从静止启动到额定转速。
(4)电机应能随频繁启动、制动与反转。
随着微电子技术、计算机技术与伺服控制技术的发展,数控机床的伺服系统已开始采用高速、高精度的全数字伺服系统。
使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。
由位置、速度与电流构成的三环反馈全部数字化、软件处理数字PID,使用灵活,柔性好。
数字伺服系统采用了许多新的控制技术与改进伺服性能的措施,使控制精度与品质大大提高。
数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。
这也就是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。
1、2、伺服系统的分类数控车床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件与检测反馈环节等组成。
驱动控制单元与驱动元件组成伺服驱动系统。
机械传动部件与执行元件组成机械传动系统。
检测元件与反馈电路组成检测系统。
进给伺服系统按其控制方式不同可分为开环系统与闭环系统。
闭环控制方式通常就是具有位置反馈的伺服系统。
根据位置检测装置所在位置的不同,闭环系统又分为半闭环系统与全闭环系统。
半闭环系统具有将位置检测装置装在丝杠端头与装在电机轴端两种类型。
数控机床重要部件的设计分析
数控机床重要部件的设计分析数控机床作为现代制造业中不可或缺的设备之一，其重要部件的设计分析显得尤为关键。
本文将对数控机床的重要部件进行分析，包括主轴、导轨、伺服系统、加工刀具等方面，旨在探讨其设计原理与优化方法，以提高数控机床的性能和工作效率。
一、主轴的设计分析主轴作为数控机床中的核心部件之一，其设计对于机床的加工精度和工作稳定性有着重要影响。
主轴的设计应考虑以下几个方面：1. 材料选择：主轴应选用高强度、高刚性的材料，如合金钢等，以保证其结构牢固、刚性高，避免振动和变形等问题。
2. 结构设计：主轴的结构设计应考虑其承载能力和转动平稳性。
一般采用轴承支撑形式，可以选择角接触球轴承或滚子轴承，以减小摩擦阻力和提高转动精度。
3. 冷却系统：数控机床在高速运转时会产生较多的热量，主轴的设计应考虑冷却系统，以保持主轴的稳定工作温度，避免过热导致的损坏。
二、导轨的设计分析导轨作为数控机床运动部件间的支撑和导向系统，其设计对于机床的定位精度和加工质量至关重要。
导轨的设计应考虑以下几个方面：1. 材料选择：导轨应选用具有良好耐磨性和刚性的材料，如球墨铸铁等，以减小运动部件之间的摩擦和磨损。
2. 加工精度：导轨的加工精度决定了机床的定位精度，因此，设计时需要考虑导轨的平面度、垂直度和直线度等参数，并进行相关的磨削和校准工艺。
3. 润滑系统：导轨的设计还应包括润滑系统，以减小摩擦和磨损，提高导轨的使用寿命和性能。
三、伺服系统的设计分析伺服系统在数控机床中起着重要的作用，用于控制机床各个部件的运动和位置。
伺服系统的设计应考虑以下几个方面：1. 控制算法：伺服系统的控制算法是保证机床运动精度和稳定性的关键，可以选择PID控制或模糊控制等算法，通过对位置、速度和加速度等参数的控制，实现准确的运动控制。
2. 传动系统：伺服系统中的传动系统决定了机床的运动精度和速度响应，可以选择直接驱动或间接驱动方式，以适应不同的应用需求。
数控机床电主轴结构设计设计
本科毕业设计论文题目数控机床电主轴结构设计系别机械工程系专业机械设计制造及其自动化班级机械002班学号10040103 学生姓名冀璐指导老师王恪典2014年6月摘要数控加工技术将高柔性，高精度，高速加工技术融为一体，可以解决机械产品制造中的诸多难题，如获得特殊的加工精度和表面质量。
因此，高速数控机床是装备制造业的技术基础和发展方向之一，是装备制造业的战略性产业，其技术水平的高低和拥有量的多少也是衡量一个国家制造业水平高低的标志。
高速加工技术的迅猛发展和高速数控机床需求量的快速增长，而超高速电主轴是实现高速数控加工技术的重要部件，因此对高速电主轴技术提出了新的要求和挑战。
作为高速数控机床的核心部件，电主轴是高速主轴中的一种理想结构，电主轴是一种智能型功能部件，不但转速高，功率大，还具有控制主轴温升与振动等机床运行参数的功能，因此是承载高速切削技术的主体之一，其性能的好坏在很大程度上决定了整台机床的加工精度和生产效率。
本文以额定转速20000r/min，功率4kw，为设计要求进行相应的结构设计，设计内容包括：（1）电主轴的主轴尺寸设计，根据额定转速20000r/min，功率4kw和基本的机械设计知识。
确定最小轴向尺寸，同时根据相应的计算确定最长外伸端。
并以此确定主轴的整体尺寸。
（2）轴承的选择与冷却系统的设计，轴承的选用混合陶瓷球轴承，其具有高速，高刚度，大功率，长寿命的特点。
冷却系统采用外置水冷。
（3）电主轴壳体尺寸的设计，根据上面的设计完成壳体的相应设计，并使西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）其满足壳体设计的相应要求。
特别是尺寸精度的要求比较高，壳体的尺寸精度直接影响主轴的综合精度。
关键词：电主轴,主轴,轴承,冷却系统,壳体精选资料ABSTRACTThe highly flexible CNC machining technology,high-precision,high-speed machining technology integration can solve mechanical products in the manufacture of many problems,such as access to special machining accuracy and surface quality. Thus , high-speed CNC machine tools is one of the technology infrastructure and the development direction of the equipment manufacturing industry,equipment manufacturing industry is a strategic industry,the technology and the level of ownership is also a measure of how much the level of a country's manufacturing signs. The rapid development of fast-growing and high -speed machining technology CNC machine tools西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）demand,while the ultra high-speed spindle is an important component to achieve high-speed CNC machining technology,so the high-speed spindle technology raised new demands and challenges. As a core component of the high-speed CNC machine tools,spindle structure is an ideal high-speed spindle , the spindle is an intelligent features,not only high speed, high power, but also has control of the spindle vibration,temperature and operating parameters of the machine function,and therefore one of the main bearing high-speed cutting technology, its performance largely determines the machining accuracy and efficiency of the whole machine . In this paper, the rated speed 20000r/min, power 4kw, corresponding to thedesign requirements for structural design , design elements include :(1)Spindle spindle size of the design,according to the rated speed 20000r/min, power 4kw and basic knowledge of mechanical design . Determine the minimum axial dimension , while identifying the longest extended end according to the corresponding period. And thus determine the overall size of the spindle.(2)Selection and design of the cooling system of the bearing , the selection of hybrid ceramic bearing ball bearing , which has the characteristics of high-speed, high stiffness , high power, long life . Cooling system uses an external water cooling.精选资料(3)Spindle housing size design, according to the above design is completed the appropriate design of the housing and make housing designed to meet the corresponding requirements . Especially the dimensional accuracy requirements are relatively high, the dimensional accuracy of the housing directly affects the integrated precision spindle .KEY WORDS:Electric Spindle,Bearing spindle,Cooling system ,Housing select西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）目录摘要............................................................................................................... I ABSTRACT ..................................................................................................... III 1 绪论.. (1)1.1 论文的研究背景及意义 (1)1.1.1 论文研究的背景 (1)1.1.2 论文研究的意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.2.1 国内研究现状 (2)1.2.2 国外研究现状 (4)精选资料1.3 国内外数控机床电主轴的未来的发展趋势 (5)1.3.1电机的研发 (5)1.3.2轴承的研发 (6)1.4 本论文研究的目的和内容 (8)2 电机驱动形式、控制方式 (9)2.1电主轴的结构图 (9)2.2 电主轴结构设计要求 (10)2.2.1 设计要求; (10)2.3 引言： (10)2.4 电机的控制形式： (11)2.4.1 普通变频驱动和控制 (11)2.4.2 矢量控制驱动器的驱动和控制 (12)2.5 电主轴控制形式和驱动形式的选择 (13)3 主要零部件的设计 (14)3.1 轴承的选择 (14)3.1.1 引言 (14)3.1.2 主轴最小截面的估算： (15)3.1.3 轴承选择： (15)3.1.4 轴承参数的确定： (15)3.1.5 轴承的润滑方式： (16)3.1.6 轴承的排列方式： (16)3.1.7 轴承预载荷的确定： (17)西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）3.2 电主轴主轴的设计 (17)3.2.1 引言 (17)3.2.2 主轴的外伸端及跨距的计算： (17)3.2.3 主轴的径向尺寸： (20)3.2.4 主轴的校核： (20)3.3 转子和定子的设计 (22)3.3.1 引言 (22)3.3.2 动态过盈和静态过盈计算 (22)3.3.3 转子与定子配合的选择 (24)3.3.4 定子与转子配合公差的校核 (24)3.4 轴承寿命的估算 (24)3.4.1 引言 (24)3.4.2 轴承寿命的分析： (24)3.4.3 轴承寿命计算公式 (25)3.4.4 角接触球轴承滚珠的偏心率的计算 (25)3.4.6 陶瓷球的离心力的计算： (26)L的计算： (27)3.4.7103.4.8 R的计算如下所示： (27)L的计算 (28)3.4.9 轴承4 辅助系统的设计 (31)4.1 冷却系统的设计 (31)4.1.1 引言： (31)精选资料4.1.2 电主轴发热分析： (31)4.1.3 机械损失: (32)4.1.4 电损耗： (32)4.1.5 磁损耗： (33)4.1.6 陶瓷球轴承的发热计算： (34)4.2 冷却液流量的及冷却油管直径的确定 (35)4.2.1 引言 (35)4.2.2 冷却液流量的确定： (35)4.2.3 管道的尺寸确定 (36)4.3 润滑系统的选择： (37)4.4 电主轴轴壳的尺寸 (37)4.4.1 引言： (37)4.4.2 轴壳的尺寸 (37)5 结论与展望 (38)致谢 (41)参考文献 (44)可修改编辑1 绪论11 绪论1 绪论1.1 论文的研究背景及意义1.1.1 论文研究的背景随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品日趋精密复杂，且要求频繁改型，特别是在宇航，造船，军事等领域所需的机械零件，精度要求高，形状复杂，批量小。
数控机床传动与进给机构设计概述(doc 31页)
本科毕业论文题目：数控机床传动与进给机构设计学院: 机械自动化学院专业: 机械电子工程学号:学生姓名:指导教师:日期:摘要本次设计主要包括两部分内容，第一部分是主传动系统的设计，第二部分是进给传动系统的设计，主传动系统的设计目标是使机床主轴能在一定转速范围内实现无级调速，在设计这一部分时，主要进行了一下几项工作：①分级变速箱的设计，②主轴尺寸设计，③支承方式的选择，为了满足主轴的刚度要求，还要对主轴进行校核计算。
进给传动系统设计的主要目标是使机床工作台能在xy方向上自由移动，机床xyz三方向上的传动构件相同，故只需设计x方向传动系统，主要涉及到：①导轨的选型，②滚珠丝杠与支承轴承，③驱动电机的选型与计算，④主要零部件的精度验算，⑤装配图设计，确定各部分零件的主要尺寸后，零件的细节尺寸设计在装配图中完成。
在对零件进行校核时，主要根据零件的刚度和寿命进行校核，本次设计主要的设计方法是理论设计和经验设计。
关键词：数控铣床；主传动；进给传动；伺服电机AbstractThis design mainly includes two parts, the first part is the design of the main drive system, the second part is the design of the feed drive system, the main drive system design goal is to make the machine spindle in a certain speed range to achieve stepless speed , In the design of this part, the main work carried out a few: ①classification gearbox design, ② spindle size design, ③ support the choice of way, in order to meet the stiffness requirements of the spindle, but also the spindle to check the calculation. Feeding drive system design of the main goal is to make the machine table in the xy direction of free movement, the machine xyz three directions of the same transmission components, so only the design of x-direction drive system, mainly related to: ① guide selection, Ball screw and bearing bearing, ③ drive motor selection and calculation, ④the accuracy of the main parts of the calculation, ⑤assembly diagram design to determine the main parts of the various parts of the size of the details of the design of parts in the assembly diagram to complete. In the parts to check, mainly based on the stiffness and life of parts to check, the design of the main design method is the theoretical design and experience design.Key words: CNC milling machine; Main drive；Feed drive；Servo motor目录1 绪论 (5)1.1 选题的背景及意义 (5)1.2 数控机床的发展情况 (5)1.3 设计任务 (6)2 主传动系统设计 (7)2.1 概述 (7)2.2 分级变速箱的设计 (7)2.2.1 分级变速箱的变速级数 (7)2.2.2 传动公比φ的确定 (7)2.2.3 传动齿轮齿数的确定 (7)2.3 主轴组件的基本要求 (8)2.4 采用滚动轴承的主轴组件 (9)2.4.1 支承方式的选择 (9)2.4.2 轴承间隙的调整与预紧 (9)2.5 主轴尺寸设计 (9)2.6 主轴组件的刚度计算 (10)2.7 轴承润滑和主轴密封 (11)2.8 本章小结 (11)3 进给传动系统设计 (13)3.1 导轨轴向负载力计算 (13)3.2 导轨的选型 (13)3.3 滚珠丝杠与支承轴承 (14)3.3.1 滚珠丝杠的计算 (14)3.3.2 支承用轴承的选用 (16)3.3.3 承载能力校验 (16)3.4 驱动电机的选型与计算 (17)3.5 主要零部件的精度验算 (18)3.5.1 伺服刚度KR (18)3.5.2 丝杠的轴向拉压刚度 (18)3.5.3 轴承的轴向刚度 (18)3.5.4 滚珠与滚道的接触刚度Kc (19)3.5.5 进给传动系统的综合拉压刚度K (19)3.6 进给传动系统的动态特性分析 (19)3.7 驱动电动机与滚珠丝杠的连接 (19)3.8 本章小结 (20)4 数控机床控制系统设计 (21)4.1 控制系统硬件的基本组成 (21)4.1.1 概述 (21)。
经济型数控铣床主传动及进给传动结构及控制系统设计
摘要科学技术的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高要求。
机械加工工艺过程的自动化是实现上述要求的最主要的措施之一。
它不仅提高产品的质量、提高生产效率、降低生产成本、还能够大大改善工人的劳动条件。
大批量的自动化生产广泛采用自动机床、组合机床和专用机床以及专用自动生产线，实行多刀、多工位同时加工，以达到高效率和高自动化。
但这些都属于刚性自动化，在面对小批量生产时并不是适用，因为小批量生产需要经常变化产品的种类，这就要求生产线具有柔性。
而从某种程度上说，数控机床的出现正是很大的满足了这一要求。
数控铣床一般由控制介质、数控装置、伺服系统、机床本体四部分组成。
数控装置的作用是把控制介质、数控装置、伺服系统、机床本体四部分组成。
也就是通过计算机控制铣削。
数控技术是现代制造技术的基础。
它综合了计算机技术、自动控制技术、自动检测技术和精密机械等高新技术，因此广泛应用于机械制造业。
数控机床替代普通机床，从而使得制造业发生了根本性的变化，并带来了巨大的经济效益。
可以预见，高级自动化技术将进一步证明数控机床的价值，并且正在更为广阔的开拓着数控机床的应用领域。
关键词：自动机床，经济型铣床，步进电机，滚珠丝杠副，数控机床ABSTRACTThe continuous development of science and technology, mechanical products, and productivity of the quality of the increasing number of requests. The automation of the process to achieve the above requirements. It not only improves product quality, increase productivity, reduce production costs, but also can greatly improve the working conditions of workers. Large-scale automated production, the widespread use of automatic machines, machine tool and special machine tools and automatic production lines, while the implementation of multi-tool, multi-bit processing in order to achieve high efficiency and degree of automation. These are rigid automation in the face of small batch production, it is not suitable for small batch production, is often necessary to change the type of product, which requires a flexible production line. But to a certain extent, the CNC machine tool is a great meet this requirement. The general control of the media, and numerical control device, the servo system of the CNC milling machine, the body composed of four parts. The numerical control device to control the media, the role of CNC equipment, servo system, four components of the Machine Tool. It is computer-controlled milling machine. CNC technology is the basis of modern manufacturing technology. It combines computer technology, automatic control technology, automatic detection technology, precision machinery and high-tech, it is widely used in machinery manufacturing industry. Instead of general machine tools, CNC machine tools, the manufacturing sector to produce fundamental change, and bring huge economic benefits. It is foreseeable that advanced automation technologies will further demonstrate the value of CNC machine tools, CNC machine tool applications open up a broaderKey words: automatic machine, economic type milling machine, Stepping Motor, Ball Screws目录1 绪论 (1)1.1 选题目的及其意义 (1)1.2 文献综述 (1)1.3 设计任务 (2)2 总体方案的确定 (4)2.1 机械传动部件的选择 (4)2.2 控制系统的设计 (4)3 机械传动部件的计算与选型 (5)3.1 导轨上移动部件的重量估算 (5)3.2 铣削力的计算 (5)3.3 直线滚动导轨副的计算与选型 (5)3.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (6)3.5 同步带的计算与选型 (11)3.6 步进电动机的计算与选型 (13)3.7 主轴部件的计算与选型 (16)4 机械标准件的选型与校核 (23)4.1 销连接的选型与校核 (23)4.2 联轴器的选型与校核 (23)4.3 轴承的分类及选用 (25)4.4 键的分类及选用 (28)5 微机控制系统的设计 (29)5.1 微机控制系统组成及特点 (29)5.2 微机控制系统设备介绍 (29)参考文献 (33)致谢 (34)1 绪论1.1 选题目的及其意义本课题来源于基本的工程实际应用，数控机床是机电一体化产品中应用教广泛的一个方向，数控铣床是数控机床中使用最多的机床之一，随着中国工业化进程的推进，数控机床在生产实践中的应用会更加的普及，考虑到数控机床的构造相对复杂，因此以经济型数控机床为入口，对该设备进行研究。
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2020/11/21
数控机床电主轴与进给系统结构设计
高速电主轴的结构设计
1. 高速电主轴概述。 2. 高速电主轴技术的发展及现状。 3.高速电主轴的结构设计。
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数控机床电主轴与进给系统结构设计
<一>高速电主轴概述
高速主轴单元包括动力源、主轴、轴承和机架四个主要部分，是高速机 床的核心部件。这四个部分构成一个动力学性能及稳定性良好的系统，在很 大程度上决定了机床所能达到的切削速度、加工精度和应用范围。从目前发 展现状来看，主轴单元形成独立的单元而成为功能部件以方便地配置到多种 加工中心及高速机床上，而且越来越多地采用电主轴类型。
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数控机床电主轴与进给系统结构设计
三大性能指标：
1.使用寿命: 指更换一次轴承时主轴的累计工作时间。实际上就 是指轴承的使用寿命。
2.主轴前端径向刚度 是指电主轴工作端在单位径向力作用下产生 的位移。这一指标对加工精度、生产效率影响很大。在其它条件相同 的情况下，径向刚度越大，工作效率就越高。
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数控机床电主轴与进给系统结构设计
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数控机床电主轴与进给系统结构设计
高速电主轴轴上零件无键连接
为什么要采取无键联结？ 主轴单元动平衡要求高（G1～G0.4 级），结构设计要求不采用键、螺纹等动不平衡
因素，但这带来的是大扭矩传递（电机与转子的联结）、轴承轴向限位防松等结构和 无键联结的矛盾。
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<三>高速电主轴结构设计
两种主要布局设计： 1.主电机置于主轴前、后轴承之间。它采用两支承结构，前轴承比后轴承尺寸大，
均分别用串联安装方式，前后支承受力方式为外撑式。后支承选用小尺寸轴承，虽然 会降低速度回数值，这对主轴整体刚性影响不大，但它改变了工作条件，对保持整个 轴系的使用寿命十分有利。这种结构的优点是主轴单元的轴向尺寸较短，主轴刚度大 ，输出功率大，较适合大中型高速机床。
高速电主轴动平衡设计
主轴单元动平衡特点：离心力和转速平方成正比，低速时测不 到的不平衡在高速工作时变的非常明显。
动平衡设计：结构设计上杜绝动不平衡因素如采用对称设计、轴 上零件采用无键（包括螺纹）联结设计；装配前单个零件分别动平衡 ；装配后整体低速到高速逐渐动平衡（动平衡精度 G1～G0.4）；芯轴 在转子热装后低速到高速逐渐动平衡（动平衡精度 G0.4）。
集成内装式电主轴：其主轴由内装式电机直接驱动，这种结构基本上取 消了带传动和齿轮传动等中间传动环节从而把机床主传动链的长度缩短为零 ，实现了机床主轴的“零传动”。这是一种由内装式电机和机床主轴“合二 为一”的传动形式，即采用无外壳电机，将其空心转子直接套装在机床的主 轴上，带有冷却套的定子则安装在主轴单元的壳体内，形成内装式电机主轴 （ Build-in Motor Spindle），或称高速电主轴（ High-speed Motorized Spindle ）。电主轴典型的结构和系统组成如图所示。
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数控机床电主轴与进给系统结构设计
高速电主轴的结构紧凑、重量轻、惯性小、响应特性好，并可改善 主轴的动平衡，减少振动和噪声，是高速机床主轴单元的理想结构。
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相比普通主轴三大优点：
1. 如果电机仍采用皮带或齿轮等方式传动，则在高速运转条件下 所产生的振动和噪声等问题难以解决，必会影响机床的加工精度、加 工表面粗糙度。
2.主电动机置于主轴后轴承之后，即主轴箱和主电机作轴向的同轴布置，这种方式 减少了电主轴前端的悬伸量，电机的散热条件较好，但整个电主轴单元的出力较小， 轴向尺寸大，常用于小型高速机床。
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数控机床电主轴与进给系统结构设计
高速电主轴结构设计工作路线
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2.为了提高生产率，要求在最短时间内实现高的速度变化，即主 轴回转时要具有极大的角加速度。达到这个要求的最经济的办法，是 主轴传动系统的转动惯量尽可能地减小。而将电机内置，省掉齿轮、 皮带等一系列中间环节，才是达到这一目标的理想途径。
3.电机内置于主轴两支承之间，可提高主轴系统的刚度，也就是提 高了系统的固有频率，从而提高了其临界转速值。
1976 年美国的 Vought 公司首次推出一台超高速铣床，采用了 Bryant 内装式电 机主轴系统，最高转速达到了20,000r/min，功率为 15KW。到 90 年代末期，电主轴 发展的水平是:转速40,000 r/min，功率 40 KW。但 2001 年美国Cincinnati 公司为 宇航工业生产了 SuperMach 大型高速加工中心，其电主轴最高转速达 60,000 r/min ，功率为 80 KW。目前世界各主要工业国家均有装备优良的专业电主轴生产厂，批量 生产一系列用于加工中心和高速数控机床的电主轴。其中最著名的生产厂家有:瑞士的 FISCHER 公司、IBAG 公司和 STEP-TEC 公司，德国的 GMN 公司和FAG 公司，美国的 PRECISE 公司，意大利的 GAMFIOR 公司和 FOEMAT 公司，日本的 NSK 公司和 KOYO 公司，以及瑞典的 SKF 公司等公司。
3.临界转速 是指当主轴旋转时，会使主轴出现挠度急剧增大、转 动失稳现象的那些旋转速度。主轴工作转速应远离各阶临界转速，否 则主轴将有可能处于共振区而产生剧烈振动。
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<二>高速电主轴技术的发展及现状
早在 20 世纪 50 年代，就己出现了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；加上混合陶瓷球轴承的出现，使得在 20 世纪 80 年代末、90 年代初出现了用于铣削、钻削、加工中心及车削等加工的大功率、大转矩、高转速的 电主轴。