数控铣床电主轴系统设计——开题
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 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.(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目录摘要............................................................... ABSTRACT.. (II)1 绪论 01.1 论文的研究背景及意义 01.1.1 论文研究的背景 01.1.2 论文研究的意义 01.2 国内外研究现状 (1)1.2.1 国内研究现状 (1)1.2.2 国外研究现状 (2)1.3 国内外数控机床电主轴的未来的发展趋势 (2)1.3.1电机的研发 (2)1.3.2轴承的研发 (3)1.4 本论文研究的目的和内容 (4)2 电机驱动形式、控制方式 (5)2.1电主轴的结构图 (6)2.2 电主轴结构设计要求 (6)2.2.1 设计要求; (6)2.3 引言： (6)2.4 电机的控制形式： (6)2.4.1 普通变频驱动和控制 (6)2.4.2 矢量控制驱动器的驱动和控制 (7)2.5 电主轴控制形式和驱动形式的选择 (9)3 主要零部件的设计 (10)3.1 轴承的选择 (10)3.1.1 引言 (10)3.1.2 主轴最小截面的估算： (10)3.1.3 轴承选择： (10)3.1.4 轴承参数的确定： (10)3.1.5 轴承的润滑方式： (11)3.1.6 轴承的排列方式： (11)3.1.7 轴承预载荷的确定： (12)3.2 电主轴主轴的设计 (12)3.2.1 引言 (12)3.2.2 主轴的外伸端及跨距的计算： (12)3.2.3 主轴的径向尺寸： (14)3.2.4 主轴的校核： (15)3.3 转子和定子的设计 (16)3.3.1 引言 (16)3.3.2 动态过盈和静态过盈计算 (16)3.3.3 转子与定子配合的选择 (18)3.3.4 定子与转子配合公差的校核 (18)3.4 轴承寿命的估算 (18)3.4.1 引言 (18)3.4.2 轴承寿命的分析： (18)3.4.3 轴承寿命计算公式 (18)3.4.4 角接触球轴承滚珠的偏心率的计算 (19)3.4.6 陶瓷球的离心力的计算： (20)L的计算： (20)3.4.7103.4.8 R的计算如下所示： (21)L的计算 (22)3.4.9 轴承4 辅助系统的设计 (24)4.1 冷却系统的设计 (24)4.1.1 引言： (24)4.1.2 电主轴发热分析： (24)4.1.3 机械损失: (24)4.1.4 电损耗： (25)4.1.5 磁损耗： (26)4.1.6 陶瓷球轴承的发热计算： (26)4.2 冷却液流量的及冷却油管直径的确定 (27)4.2.1 引言 (27)4.2.2 冷却液流量的确定： (27)4.2.3 管道的尺寸确定 (28)4.3 润滑系统的选择： (28)4.4 电主轴轴壳的尺寸 (29)4.4.1 引言： (29)4.4.2 轴壳的尺寸 (29)5 结论与展望 (30)致谢 (32)参考文献 (34)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。
工作报告之数控铣床开题报告
数控铣床开题报告【篇一：数控机床设计-开题报告】开题报告1 课题研究内容和意义1.1 课题研究内容数控机床设计主要内容：其一是运动功能设计，包括确定数控车床所学运动的个数、形式（直线运动、回转运动）、功能（主运动、进给运动、其他运动）及排雷顺序，最后画出数控车床的运动功能图。
其二是基本参数设计，包括尺寸参数、运动参数、和动力参数设计。
其三是传动系统设计，包括传动方式、传动原理图及传动系统图的设计。
其四是总体结构布局的设计，包括运动功能分配、总体布局结构形式及总体结构方案图设计。
其五是控制系统的设计，包括控制方式及控制原理、控制系统图设计。
1.2 课题意义1.2.1 理论意义数控加工技术的应用是机械制造业的一次技术革命，使机械制造的的发展进入了一个崭新的阶段。
由于数控机床综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等方面的技术成果具有高柔性、高精度与高度自动化的特点，因此它提高了机械制造的制造水平，解决了接卸制造中的常规加工技术难以解决甚至无法解决的发杂型面零件加工，为社会提供了高质量、多品种及高可靠的机械产品已取得了巨大的经济效益。
目前，数控技术已逐步晋级，数控机床在工业生产中得到了广泛应用，已成为机械自动化的一个重要发展方向。
1.2.2 现实意义随着可续技术和社会生产的不断进步，机械产品日趋复杂。
对机械产品的质量和生产率的要求也越来越高，在航空航天、微电子、信息技术、汽车、造船、建筑、军工和计算机技术等行业中，零件形状复杂、结构改型频繁、批量小、零件精度高加工困难、生产效率低已成为日益突出的现实问题，机械加工工艺过程的自动化和智能化是适应上述发展特点的最重要手段。
2国内国外数控技术发展趋势2.1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。
数控立式加工中心的主轴箱设计设计开题报告
数控立式加工中心的主轴箱设计设计开题报告1 开题依据机床是将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，所以又称为”工作母机”或”工具机”，习惯上简称机床。
现代机械制造中加工机械零件的方法很多：除切削加工外，还有铸造、锻造、焊接、冲压、挤压等。
在一般的机器制造中，机床所担负的加工工作量占机器总制造工作量的40％-60％，机床在国民经济现代化的建设中起着重大作用。
所以此次提出数控立式加工中心的设计。
2 文献综述2.1 数控机床的基本概况数控（numerical control,NC）机床，顾名思义，是一类由数字程序实现控制的机床。
与人工操作的普通机床相比，它具有适应范围广、自动化程度高、柔性强、操作者劳动强度低、易于组成自动生产系统等优点[2]。
数控机床也就是一种装了程序控制系统的机床，该系统能逻辑处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的程序 [8]。
1952年，美国PARSON公司与麻省理工学院（MIT）合作，研制出世界上第一台数控机床。
从此机床行业，乃至整个制造业和相关产业进入了一个新的发展阶段。
在机床行业，由于采用了数控技术，许多过去在普通机床上无法完成的工艺内容得以完成，大量普通机床为数控机床所代替，这就极大地促进了机床行业的技术进步和行业发展。
对于整个制造业，由于大量引用数控机床，使得产品质量大幅度提高，新产品开发周期明显缩短，满足了广大消费者求新和追求个性化的要求，从而形成了制造业与市场相互促进的发展趋势。
一段时期内机床行业在技术发展上曾被视为“夕阳工业”，如今再度受到全世界的高度重视。
在这一历史转变中，数控机床的产生与发展功不可没。
此外，数控机床的发展，还带动了众多相关产业和技术的发展。
随着科学技术的发展，机械产品的结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，更新换代频繁，生产类型由大批大量生产向多品种小批量生产转化。
因此，对机械产品的加工相应地提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。
电主轴 开题报告
电主轴开题报告电主轴开题报告一、研究背景和意义⑴研究背景介绍电主轴的发展历程和应用情况，阐述为何需要对电主轴进行研究。
⑵研究意义分析电主轴研究的重要性和应用前景，以及对于提高加工效率和产品质量的意义。
二、研究目的和内容⑴研究目的明确本研究的目的，包括提出改进电主轴的方案或解决特定问题等。
⑵研究内容细化研究的具体内容，包括对电主轴结构、控制系统、传动装置等方面的研究。
三、国内外研究现状⑴国内研究现状介绍国内对电主轴研究的发展现状，包括相关理论、应用案例等。
⑵国外研究现状介绍国外对电主轴研究的进展情况，包括相关研究机构、重要成果等。
四、研究方法和技术路线⑴研究方法说明本研究采用的方法，如实验研究、数值模拟、理论推导等。
⑵技术路线详细描述研究的技术路线，包括实验方案设计、数据采集、数据处理等步骤。
五、可行性分析及预期结果⑴可行性分析对本研究的可行性进行分析，包括技术、经济、资源等方面的可行性。
⑵预期结果展望本研究的预期结果，包括改进电主轴性能、提升加工效率等方面的预期成果。
六、进度安排和论文结构⑴进度安排列出本研究的进度计划，包括每个阶段的具体任务和时间节点。
⑵论文结构简要介绍本文的章节内容安排，提供读者对本文的整体结构的了解。
附件：本文档涉及的附件包括相关文献资料、实验数据、图表等，可随文档一同提交。
法律名词及注释：⒈法律名词1：对应的注释解释。
⒉法律名词2：对应的注释解释。
（根据实际情况，添加相关法律名词及其注释）。
数控铣床毕业设计---开题报告
二、主要任务
１、根据总体设计方案，绘制XK5040数控立式铣床总图A0一张。
２、进行主运动的运动、强度和动力计算，绘制主轴箱部件展开图A0计算机图一张。
３、进行进给运动的运动和强度计算，绘制垂直方向数控进给机构部装图A0一张（计算机图）。
４、绘制数控铣床主轴零件图一张（A1计算机图）。
2.要研究或解决的问题、拟采用的方法或技术路线：
本论文所要解决的问题包括：
1、调查分析XK5040数控立式铣床的加工特点，确定主要技术参数；
２、进行数控立式铣床的总体方案设计；
３、完成住运动和进给的机械结构设计；
４、完成控制系统硬件设计。
采用的方法：
本文对主运动系统的设计与普通机床的设计方法一致，以锻炼自己对常规机床设计的能力，进给系统采用步进电机开环控制，主要工作是对滚珠丝杠和步进电机的选型和校核。对于控制系统采用微机即单片机控制系统。在经济型数控系统中常用MCS－51系列单片机，这里我们用8031作为中央处理单元。
2006.3~2006.5进行进给系统及控制系统设计计算，绘制进给机构部装图和电路图，完成中期检查。
2006.5~2006.6整理资料，编写设计说明书
5.指导教师意见（对课题方案的可行性、深度、广度及工作量的意见）：
指导教师___________
年月日
6.教研室意见：
教研室主任___________
整理资料，编写设计说明书
主要参考资料
１、《机械设计手册》，机械工业出版社
２、《机床设计手册》，化学工业出版社
３、《机床设计图册》，上海科技出版社
４、《机床主轴变速箱设计指导书》，机械工业出版社
５、《数控技术》，华中科技大学出版社
#数控铣床电主轴系统设计——开题
引言高速机床是实现高速切削加工的前提和条件。
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。
高速数控机床的工作性能，首先取决于高速主轴的性能。
高速铣床上的电主轴系统多采用高速电主轴。
高速电主轴是由内装式交流变频伺服电机直接驱动，机床主轴转速高，功率大，结构简单，在高转速下可保持良好的动平衡！数控铣床高速主轴单元包括主轴动力源、主轴、轴承和机架等几个部分，它影响加工系统的精度、稳定性及应用范围，其动力学性能及稳定性对高速加工起着关键的作用。
高速高精度主轴单元系统，应该具有刚性好、回转精度高、运转时温升小、稳定性好、功耗低、寿命长、可靠性高等优点，同时，制造及操作成本也要中。
要满足这些要求，主轴的制造及动平衡、主轴的支撑、主轴系统的润滑和冷却、主轴系统的刚性等是很重要的。
高速主轴单元的类型主要有电主轴、气动主轴、水动主轴等。
不同类型的高速主轴单元输出功率相差较大。
高速加工机床主轴要求在极短的时间内实现升降速，并在指定位置快速准停。
这就需要主轴有较高的角减速度和角加速度。
如果通过传动带等中间环节，不仅会在高速状态下打滑，产生振动和噪声，而且增加转动惯量，给机床快速准、停造成困难！电主轴是一种新型的机械结构形式。
是一种主轴电机一体化的主轴单元，即所谓的内装式电机主轴。
它采用无外壳电机，将带有冷却套的电机定子装配在主轴单元的壳体内，转子和机床主轴旋转部分做成一体，主轴的变速范围完全由交流电机控制。
这种结构大大简化了主传动的机械结构，取消了带传动和齿轮传动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机械的“零传动”。
这种主轴电动机和主机主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴组件从主机的传动系统和整体结构中相对独立出来，可以做成“主轴单元”，通常称为“电主轴”。
其英文的称谓有多种，比如Electro-spindle、Motor Spindle和Motorized Spindle。
它是随着电气传动技术 (变频调速技术、电动机矢量控制技术等)的迅速发展而日趋完善。
数控铣床的主轴箱结构设计开题报告
指导教师意见
指导教师签名：
年月日
教研室（学科组、研究所）意见
教研室主任签名：
年月日
院系意见
主管领导签名：
年月日
开题报告书
题目
数控铣床的主轴箱结构设计
姓名
学号
专业
数控技术
指导教师
职称
2008年5月
科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等）
数控机床是机、电、液、气、光，高度一体的产品。要实现对机床的控制，需要用几何信息描述刀具和工件间的相对运动以及用工艺信息来描述机床加工必须具备的一些工艺参数。例如，进给速度，主轴转速，主轴正反转，换刀，冷却液的开／关等。这些信息按一定的格式形成加工文件存放在信息载体上，然后由机床上数控系统读入，通过对其译码，从而使机床动作和加工零件。在机械加工工业中大批量零件的生产宜采用专用机床或自动化生产线。对于小批量产品的生产过程中产品品种的变换频繁批量小，加工方法的区别大，宜采用数控机床。随零件复杂程序和零件批量的变化，通用机床，普通机床和数控机床的动用情况。当零件不太复杂，生产批量较小时，宜采用通用机床；当生产批量大时宜采用专用机床；而当零件复杂程度较高时，宜采用数控机床。这是由数控机床的特点决定的。
2）部件装配图设计。
3）按规定验铣床的主轴箱，包括主轴调速和换刀装置的结构，通过CAD软件画出所有零件工程图以及零件图，并编写毕业论文。
需要完成的工作：1、铣床主轴箱装配图一张（A0）；
2、换刀装置液压原理图一张（A2）；
3、零件图五张（A2）；
2、具有较高的生产率，切削速度高，空行程的速度达１０mm以上，再因辅助时间很短。目前，现代数控机床正发展迅速，正朝以下几个趋势发展：1、具有先进的自检能力使之长期可靠的工作。在现在机床上装有多种监控、检测装置，从而提高了机床的综合性能。2、向高速，高精度发展。新型的数控系统及伺服系统，有很高的分辨率和进给速度。具有更高的生产率和利用率3、单元模块化。数控机床的部件有专门生产厂家供货。不仅可提高产品质量，也大大的缩短了机床的生产周期。
【开题报告】电主轴 开题报告
电主轴开题报告随着科技的飞速发展，机械制造领域对高精度、高效率的设备需求日益增长。
电主轴作为机械加工的核心部件，其性能的优劣直接影响着整个加工过程的品质与效率。
本课题旨在深入研究电主轴的结构设计、材料选择、控制策略等方面，以期推动我国电主轴技术的发展。
一、背景与意义电主轴作为现代加工中心的核心部件，其技术发展已成为衡量一个国家机械制造业水平的重要标志。
当前，国内外电主轴技术发展迅速，但我国在高端电主轴领域仍存在一定差距。
本课题的研究，对于提升我国电主轴技术水平，满足国家战略需求，具有重要的理论意义和现实价值。
二、国内外研究现状1. 国外研究现状国外电主轴技术起步较早，技术相对成熟。
德国、日本等发达国家在电主轴设计、制造、应用等方面具有丰富的经验。
如德国西门子、日本电产等企业在电主轴领域具有较强的市场竞争力。
2. 国内研究现状近年来，我国电主轴技术取得了长足进步。
国内一些科研机构和高校对电主轴进行了深入研究，取得了一系列创新成果。
然而，与国外先进水平相比，我国电主轴在精度、稳定性、寿命等方面仍有较大差距。
三、研究内容与目标1. 研究内容（1）电主轴结构设计优化：研究电主轴的结构优化设计，提高其刚度和抗振性。
（2）高性能材料选择与应用：研究新型高性能材料在电主轴中的应用，提高其耐磨性和抗腐蚀性。
（3）电主轴控制策略研究：研究电主轴的控制策略，提高其动态性能和稳定性。
2. 研究目标（1）设计出具有较高刚度和抗振性的电主轴结构。
（2）实现新型高性能材料在电主轴中的应用，提高其使用寿命。
（3）提出有效的电主轴控制策略，提高其动态性能和稳定性。
四、研究方法与技术路线1. 研究方法（1）理论分析：运用力学、电磁学等理论对电主轴进行建模和分析。
（2）仿真研究：利用仿真软件对电主轴进行仿真实验，验证设计方案的可行性。
（3）实验验证：通过实际加工实验，验证电主轴的性能。
2. 技术路线（1）电主轴结构设计：根据力学、电磁学等理论，进行电主轴结构设计。
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引言高速机床是实现高速切削加工的前提和条件。
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。
高速数控机床的工作性能，首先取决于高速主轴的性能。
高速铣床上的电主轴系统多采用高速电主轴。
高速电主轴是由内装式交流变频伺服电机直接驱动，机床主轴转速高，功率大，结构简单，在高转速下可保持良好的动平衡！数控铣床高速主轴单元包括主轴动力源、主轴、轴承和机架等几个部分，它影响加工系统的精度、稳定性及应用范围，其动力学性能及稳定性对高速加工起着关键的作用。
高速高精度主轴单元系统，应该具有刚性好、回转精度高、运转时温升小、稳定性好、功耗低、寿命长、可靠性高等优点，同时，制造及操作成本也要中。
要满足这些要求，主轴的制造及动平衡、主轴的支撑、主轴系统的润滑和冷却、主轴系统的刚性等是很重要的。
高速主轴单元的类型主要有电主轴、气动主轴、水动主轴等。
不同类型的高速主轴单元输出功率相差较大。
高速加工机床主轴要求在极短的时间内实现升降速，并在指定位置快速准停。
这就需要主轴有较高的角减速度和角加速度。
如果通过传动带等中间环节，不仅会在高速状态下打滑，产生振动和噪声，而且增加转动惯量，给机床快速准、停造成困难！电主轴是一种新型的机械结构形式。
是一种主轴电机一体化的主轴单元，即所谓的内装式电机主轴。
它采用无外壳电机，将带有冷却套的电机定子装配在主轴单元的壳体内，转子和机床主轴旋转部分做成一体，主轴的变速范围完全由交流电机控制。
这种结构大大简化了主传动的机械结构，取消了带传动和齿轮传动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机械的“零传动”。
这种主轴电动机和主机主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴组件从主机的传动系统和整体结构中相对独立出来，可以做成“主轴单元”，通常称为“电主轴”。
其英文的称谓有多种，比如Electro-spindle、Motor Spindle和Motorized Spindle。
它是随着电气传动技术 (变频调速技术、电动机矢量控制技术等)的迅速发展而日趋完善。
由于电主轴主要采用交流高频电动机，也称为“高频主轴”(High Frequency Spindle)。
由于没有中间传动环节，有时称为“直接传动主轴”(Direct Drive Spindle)。
电主轴是一种智能型功能部件，具有转速高、功率大、高速运行的可靠性和安全性等优点。
电动机内置于主轴部件后，不可避免的将会产生发热的问题，从而需要设计专门用于冷却电动机的油冷或水冷系统。
高频电动机要有变频器类的驱动器，以实现主轴转速的变换。
高速轴承有时要有专门的润滑装置。
另外为了保证高速回转部件的安全，还要有报警及停车用的传感器及其控制系统等一系列支持电主轴运转的外围设备和技术。
因此，“电主轴”的概念不应该简单的理解为只是一根主轴套筒，而是一个完整的、在机床数控系统监控下的子系统总之，电主轴具有结构紧凑、重量轻、惯性小及动态特性好和改善机床动平衡，避免振动和噪声等特点发展越来越快。
而高速电主轴单元技术的发展，可以带动高速进给、高性能道具、检测与控制等一系列相关技术的发展。
因此各工业国家都十分关注电主轴单元技术的研究与发展。
1.数控铣床简介1.1.数控铣床组成数控铣床的基本组成见图1.1，它由床身、立柱、主轴箱、工作台、滑鞍、滚珠丝杠、伺服电机、伺服装置、数控系统等组成。
床身用于支撑和连接机床各部件。
主轴箱用于安装主轴。
主轴下端的锥孔用于安装铣刀。
当主轴箱内的主轴电机驱动主轴旋转时，铣刀能够切削工件。
主轴箱还可沿立柱上的导轨在Z 向移动，使刀具上升或下降。
工作台用于安装工件或夹具。
工作台可沿滑鞍上的导轨在X 向移动，滑鞍可沿床身上的导轨在Y 向移动，从而实现工件在X和Y 向的移动。
无论是X、Y 向，还是Z 向的移动都是靠伺服电机驱动滚珠丝杠来实现的。
伺服装置用于驱动伺服电机。
控制器用于输入零件加工程序和控制机床工作状态。
控制电源用于向伺服装置和控制器供电。
图1.1 数控铣床的基本组成图数控铣床的机械结构，除铣床基础部件外，由下列各部分组成：1.主传动系统；2.进给系统；3.实现工件回转、定位、的装置和附件；4.实现某些部件动作和辅助功能的系统和装置，如液压、气动、润滑、冷却等系统和排屑、防护等装置；5.刀架或自动换刀装置（ATC）；6.自动托盘交换装置（APC）;7.特殊功能装置，如刀具破损监控、精度检测和监控装置；8.为完成自动化控制功能的各种反馈信号装置及元件。
1.2.数控铣床的工作原理根据零件形状、尺寸、精度和表面粗糙度等技术要求制定加工工艺，选择加工参数。
通过手工编程或利用CAM 软件自动编程，将编好的加工程序输入到控制器。
控制器对加工程序处理后，向伺服装置传送指令。
伺服装置向伺服电机发出控制信号。
主轴电机使刀具旋转，X、Y 和Z向的伺服电机控制刀具和工件按一定的轨迹相对运动，从而实现工件的切削。
1.3数控铣床加工的特点（1）用数控铣床加工零件，精度很稳定。
如果忽略刀具的磨损，用同一程序加工出的零件具有相同的精度。
（2）数控铣床尤其适合加工形状比较复杂的零件，如各种模具等。
（3）数控铣床自动化程度很高，生产率高，适合加工批量较大的零件。
1.4数控铣床加工的主要对象（1）平面类零件加工面平行或垂直与水平面，或加工面与水平面的夹角为定角的饿零件为平面类零件。
平面类零件一般只需用三坐标数控铣床的两坐标联动（即两轴半坐标联动）就可以加工出来。
（2）变斜角类零件加工面与水平面夹角呈连续变化的零件称为变斜角零件。
此类零件的变斜角加工面不能展开为平面，最好采用四坐标、五坐标数控铣床摆角加工。
（3）曲面类零件加工面为空间曲面的零件称为曲面类零件。
也不能展开为平面，一般采用球头刀在三轴数控铣床上加工。
2.电主轴概述2.1电主轴的基本概念加工中心是集机、电、液、气、计算机和信息控制等各种技术于一体的机电一体化的典型产品，最能体现高速、高效、超精、数字化及结构紧凑等当今最先进、最流行的技术水平。
它广泛应用于能源、交通、原材料、农机、军工、轻纺织机械、汽车、模具等各个工业部门的机械制造领域中，它的技术水平高速及其在金属切削机床产量和总拥有量中的百分比是衡量一个国家机械工业制造水平的重要标志。
电主轴是一套组件，它包括电主轴本身及其附件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑装置、冷却装置、内置编码器、换刀装置。
高速主轴单元是高速机床最为关键的部件。
高速主轴单元的主要类型有电主轴、气动主轴、水动主轴等等。
主轴部件是加工中心的主要功能部件，是决定机床高速化和高精度的关键部分，始终是机床技术发展的基础。
随着电气传动技术（变频调速技术、电动机矢量控制等）的迅速发展和日趋完善，高速数控机床主传动的机械结构已得到极大的简化，基本上取消了带轮传动和齿轮传动。
机床主轴由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现机床的“零传动”。
这种主轴电动机和主机主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴组件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此可以做成“主轴单元”，通常称为“电主轴”。
其英文的称谓有多种，比如Electro-spindle、Motor Spindle和Motorized Spindle等等。
它是随着电气传动技术 (变频调速技术、电动机矢量控制技术等)的迅速发展而日趋完善。
由于电主轴主要采用交流高频电动机，也称为“高频主轴”(High Frequency Spindle)。
由于没有中间传动环节，有时称为“直接传动主轴”(Direct Drive Spindle)。
电主轴是一种智能型功能部件，不但转速高、功率大、具有调速范围广、振动噪声小，而且便于控制、能实现定向准停、准速、准位等功能。
2.2电主轴单元关键技术电主轴单元是一套组件，它是一项涉及电主轴本身及其附件的系统工程，其系统框图如图2.1。
电主轴单元所融合的技术主要包括以下几方面。
图2.1 系统框图2.2.1高速精密轴承技术实现电主轴高速化和精密化的关键是轴承的应用。
目前在大功率高速精密电主轴中应用的轴承主要是角接触陶瓷球轴承和液体东静压轴承。
空气轴承不时和于大功率场合，磁悬浮轴承由于价格昂贵、控制系统复杂，其实用性受到限制。
角接触球轴承是精密数控机床常用的主轴支撑。
由于滚球高速运转时会产生巨大的离心力和陀螺力矩，采用陶瓷球和钢质套圈混合轴承成为一种选择。
最常用的陶瓷球材料是43N Si 。
43N Si 陶瓷具有密度小、热膨胀系数小、弹性模量大和硬度高等优点。
用它作为高速主轴轴承的滚动元件，可大大减少滚球的离心力和陀螺力矩，从而使轴承获得高速度、低温升和长寿命的性能。
除混合轴承外，目前国内已开始在高速精密主轴上试验采用全陶瓷球轴承，其内外套圈、保持架和陶瓷球采用的材料有2ZrO 、43N Si 、32O Al 和聚四氟乙烯等。
陶瓷球的等静压成型和烧结是保证陶瓷球强度的基础，球的加工精度靠加工和检测来保证。
目前国内滚球的加工精度可达G5级以上。
对于全陶瓷球轴承，除陶瓷球外，陶瓷内外圈的精密加工也是关键，需要设计专门的工装固定内外圈坯件才能实现精密加工，内外沟道的加工精度的一致性也要靠恰当的工装和工序来保证。
尽管目前高速精密电主轴的支撑绝大部分为角接触陶瓷球轴承，但由于在极限转速和大负载工况下滚动轴承的功能丧失很快，液体动静压轴承的研究一直为国内外电主轴企业及专家重视。
动静压轴承作为电主轴轴承的主要技术难点是实现高速化，对其关键技术的研究主要有：动静压轴承的层流、紊流流体惯性的计算算法研究；动静压轴承层油腔结构的研究；轴承温升及热变形控制技术的研究及润滑介质的研究等。
2.2.2高速精密电主轴的动态性能和热态性能设计高速精密电主轴设计目标要求主轴刚度高、精度高、抗振性好、可靠性高。
传统的动力学分析常常将轴承刚度用假设的弹簧代替，利用有限元或传递矩阵法等数值计算方法计算主轴的各阶固有频率和振型，并在设计时使主轴的一阶固有频率高于设计的主轴最高转速所对应的频率。
该方法还能解释随着主轴速度升高，球轴承离心力变化导致主轴固有频率变化等动力学现象。
但该方法对球轴承刚度的非线性变化特点没有充分考虑。
根据电主轴的实际运行特点，有必要将“轴承——主轴——电动机——轴承座”作为一个系统进行动力学分析，同时充分考虑支承刚度非线性、主轴热扩散及热变形等热态性能对主轴动态性能的影响，并对整个电主轴进行动态优化设计，而轴承系统的动力学仿真是基础。
主轴动态性能设计的关键技术有：⑴滚动接触界面的非线性刚度变化规律。
滚动轴承的支承刚度与运转速度之间、载荷与变形之间是非线性的关系，且由于有限个滚动体的存在、轴承元件接触表面的加工几何误差、轴承材料的弹性及外力的变化等，使得轴承的刚度成为时变函数。