机床主轴结构现代设计方法
CK6140数控车床主轴部件设计
摘要本设计是以CK6140数控车床主轴部件为主要内容。
讲述了数控机床的结构设计要求：提高机床的结构刚度，提高机床结构的抗振性，以及减少机床的热变形。
主要设计主轴的前端轴径的大小和形状、主轴跨距的计算及前后支撑的类型和轴承的选用。
主轴是加工中心的关键部位，其结构优劣对加工中心的性能有很大的影响，因此，在设计的过程中为主要考虑对象。
关键词：主轴回转精度；轴承精度；最优跨距；前端悬伸量目录绪论 (1)一、主轴的用途及设计要求 (2)二、有关零件的分析 (5)（一）零件的结构特点 (5)（二）加工工艺性 (6)三、基准的选择 (7)（一）有关基准的选择说明 (7)（二）确定零件的定位基准 (8)四、轴类零件的材料、毛坯及热处理 (9)（一）轴类零件的材料 (9)（二）轴类毛坯 (9)（三）轴类零件的热处理 (9)五、制定加工工艺路线 (10)（一）主轴加工工艺过程分析 (10)（二）工艺路线的拟定 (11)（三）车床主轴机械加工工艺过程卡 (14)（四）加工余量的确定 (15)六、轴类零件的检验 (17)（一）加工中的检验 (17)（二）加工后的检验 (17)结论 (18)参考文献 (19)致谢 (20)绪论机床技术参数有主参数和基本参数，他们是运动传动和结构设计的依据，影响到机床是否满足所需要的基本功能要求，参数拟定就是机床性能设计。
主参数是直接反映机床的加工能力、决定和影响其他基本参数的依据，如车床的最大加工直径，一般在设计题目中给定，基本参数是一些加工尺寸、机床结构、运动和动力特性有关的参数，可归纳为尺寸参数和动力参数。
通用车床工艺范围广，所加工的工件形状、尺寸和材料各不相同，有粗加工又有精加工；用硬质合金刀具有用高速钢刀具。
因此必须对所设计的机床工艺范围和使用情况全面的调研和统计，依据某些典型工艺和加工对象，兼顾其他的可能工艺加工的要求，拟定机床技术参数，拟定参数时，要考虑机床发展趋势和同国内外类机床的对比，使拟定的参数最大限度地适应各种不同的工艺要求和达到机床加工能力下经济合理。
(完整版)数控车床主轴设计
绪论随着市场上产品更新换代的加快和对零件精度提出更高的要求，传统机床已不能满足要求。
数控机床由于众多的优点已成为现代机床发展的主流方向。
它的发展代表了一个国家设计、制造的水平，在国内外都受到高度重视。
现代数控机床是信息集成和系统自动化的基础设备，它集高效率、高精度、高柔性于一身，具有加工精度高、生产效率高、自动化程度高、对加工对象的适应强等优点。
实现加工机床及生产过程的数控化，已经成为当今制造业的发展方向。
可以说，机械制造竞争的实质就是数控技术的竞争。
本课题的目的和意义在于通过设计中运用所学的基础课、技术基础课和专业课的理论知识，生产实习和实验等实践知识，达到巩固、加深和扩大所学知识的目的。
通过设计分析比较机床的某些典型机构，进行选择和改进，学习构造设计，进行设计、计算和编写技术文件，达到学习设计步骤和方法的目的。
通过设计学习查阅有关设计手册、设计标准和资料，达到积累设计知识和提高设计能力的目的。
通过设计获得设计工作的基本技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造一定的条件。
一、设计题目及参数1.1 题目本设计的题目是数控车床的主轴组件的设计。
它主要由主轴箱，主轴，电动机，主轴脉冲发生器等组成。
我主要设计的是主轴部分。
主轴是加工中心的关键部位，其结构优劣对加工中心的性能有很大的影响，因此，在设计的过程中要多加注意。
主轴前后的受力不同，故要选用不同的轴承。
1.2参数床身回转空间400mm尾架顶尖与主轴端面距离1000mm主轴卡盘外径Φ200mm最大加工直径Φ600mm棒料作业能力50～63mm主轴前轴承内和110～130mm最大扭矩480N·m二、主轴的要求及结构2.1主轴的要求2.1.1旋转精度主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷，低转速的条件下，主轴前端工件或刀具部位的径向跳动和轴向跳动。
主轴组件的旋转精度主要取决于各主要件，如主轴、轴承、箱体孔的的制造，装配和调整精度。
数控机床主轴设计
数控机床主轴设计
一、概述
1.数控机床主轴是机床加工过程中的核心部件，其质量直接影响到机
床的精度和生产效率。
数控机床主轴设计的主要任务是解决加工件的加工
精度、表面质量和生产效率等要求的技术问题。
2.数控机床主轴设计工作需要满足性能、结构、重量、尺寸、动力、
控制、安装等方面的要求，其中最重要的是性能和结构要求。
二、主轴结构设计
1.针对不同的加工工艺的要求，数控机床主轴设计的结构形式有很多，常见的有研磨轴、多段轴、悬臂式轴等。
2.研磨轴是机床主轴的基本结构，一般用于精超磨削，其结构特点为
研磨轴有较长的平稳运行区段，其强度高，通常采用梃形连接，耐磨性能好，是目前机床常用的轴形式。
3.多段轴是指主轴有多段，每段之间有齿轮连接，它可以满足不同加
工工艺的需求。
4.悬臂式轴是指主轴的两端分别有悬臂，是一种自转和轴向振动均有
良好平衡的结构形式，是用于精铣、拉床等加工工艺的主轴形式。
三、主轴性能设计
1.主轴的动力要求是指主轴所需的动力。
主要有机械动力、电动机动
力和气动动力等形式，根据不同的加工工艺要求，采用不同动力形式实现，其中机械动力是最常用的动力形式。
数控机床主轴设计方法(一)
数控机床主轴设计方法(一)数控机床主轴设计引言数控机床主轴设计是数控技术中的关键环节，合理的主轴设计直接影响着数控机床的工作效率和加工质量。
本文将详细介绍用于数控机床主轴设计的各种方法。
1. 热平衡设计方法•传导热平衡设计–采用高导热材料填充主轴内部空隙，提高传导热的能力。
–优点：简单易行，成本低。
–缺点：热平衡效果有限。
•冷却设计–采用内部冷却系统，如冷却油或冷却液。
–优点：能有效降低主轴温度，提高主轴稳定性。
–缺点：维护较为复杂，成本较高。
•热响应平衡设计–基于热响应分析，通过改变主轴结构和材料分布来实现热平衡。
–优点：可以在设计阶段解决热平衡问题。
–缺点：需要热响应分析专业知识。
2. 动态平衡设计方法•静平衡设计–通过调整主轴结构，使得主轴在旋转时不会引起不平衡。
–优点：简单易行，成本低。
–缺点：目标是在某一转速下实现平衡，不能适应转速变化的情况。
•动平衡设计–采用动平衡仪进行动态平衡调整。
–优点：可以在不同转速下实现平衡，提高主轴动态平衡性能。
–缺点：需要专业的动平衡仪器和技术人员。
3. 结构设计方法•轴承选型和布局–选用合适的轴承和合理的轴承布局，以满足主轴的工作要求。
–优点：能提高主轴的运行平稳性和工作精度。
–缺点：需要综合考虑轴承的负荷承受能力和使用寿命。
•刚度设计–主轴整体刚度设计，主要包括主轴箱的刚度和轴承的刚度。
–优点：能提高主轴抗振能力，降低振动和噪音。
–缺点：需要精确计算和结构分析。
结论数控机床主轴设计是一个复杂而关键的工作，需要综合考虑热平衡、动态平衡和结构设计等因素。
合理的主轴设计可以提高数控机床工作效率和加工质量，从而提升整体生产力。
在实际应用中，根据具体需求选择合适的方法进行主轴设计，以满足工业生产的要求。
参考文献1.Wang, J., Zhang, H., & Fan, H. (2018). Research on heatbalance of high-speed spindle based on optimizedstructural design. Journal of Superhard Materials,40(4), .2.Wang, Y., Song, Y., & Liang, C. (2020). Research ondynamic balance technology of CNC machine tool spindlebased on DNM720. In IOP Conference Series: MaterialsScience and Engineering (Vol. 861, No. 3, p. . IOPPublishing.3.Yang, Y., He, Y., Du, X., & Li, M. (2017). Designoptimization of spindle system of precision CNC machine tool based on finite element analysis. Journal ofMechanical Engineering, 53(8), 59-63.4.Li, S., Qin, X., Li, W., & Tan, P. (2016). Structuraloptimization design of high speed CNC spindle based onfluid-structure interaction analysis. Advances inMechanical Engineering, 8(11), .5.Li, C., Xu, A., & Qian, X. (2019). Design andoptimization of CNC spindle structure based on ANSYS.Advances in Mechanical Engineering, 11(10), .致谢感谢以上文献的作者为数控机床主轴设计领域做出的贡献。
机床主轴设计范文
机床主轴设计范文机床主轴是机床的核心零件，它负责驱动刀具进行加工作业。
主轴的设计关乎机床的运行效率、加工精度和寿命等方面。
本文将从主轴的选材、结构设计、动力系统和附件等方面，详细介绍机床主轴的设计。
1.选材主轴的选材是保证其性能和寿命的关键。
首先要选择具有足够强度和硬度的材料，能够承受高速旋转、大径向载荷和轴向载荷的同时不发生变形和破坏。
常见的主轴材料有优质合金钢、优质碳素结构钢和铸铁等。
其次，考虑到机床主轴的质量平衡问题，在选材时要注意对称性和均匀性，以减小动平衡对主轴的影响。
2.结构设计机床主轴的结构设计应该考虑到其承受的载荷和转速，同时要保证刚度和稳定性。
常见的主轴结构有支撑式主轴和主轴箱式主轴。
支撑式主轴通过各种轴承和支撑装置实现轴向支撑和径向支撑，具有结构简单、承受能力大的优点。
主轴箱式主轴将主轴箱和主轴一体化设计，结构更加紧凑，能够大大提高主轴的刚度和稳定性。
3.动力系统机床主轴的动力系统包括驱动器和电机。
驱动器一般选用变速器，可根据加工要求和工件材料的不同选择不同的速度档位。
电机选用的主要考虑因素有功率、转速范围和转矩要求。
一般使用交流伺服电机、电涡流电机或直流电机作为主轴的驱动电机。
4.附件机床主轴通常需要配备一些附件以实现特定的加工要求。
例如，主轴可能需要装配刀库，用于刀具的自动换刀；也可能需要装配冷却液系统，用于对切削区域进行冷却和润滑；还可能需要装配自动夹具，用于自动夹紧工件。
这些附件的设计需要充分考虑主轴结构的特点和工艺要求，以确保其功能正常和可靠。
总之，机床主轴的设计是机床设计中非常重要的一环。
通过合理的选材、结构设计、动力系统和附件的选择和配置，可以提高机床的运行效率、加工精度和寿命。
在实际应用中，还要注意对主轴进行定期的检查和维护，以保证其正常工作。
关于数控机床主轴结构的改进设计
关于数控机床主轴结构的改进设计1. 引言1.1 研究背景数控机床主轴作为整个机床中的核心部件，在加工精度、效率和稳定性等方面起着至关重要的作用。
随着制造业的不断发展和技术的进步，对数控机床主轴结构的要求也越来越高。
目前市场上常见的数控机床主轴结构存在着一些问题，比如轴承摩擦力大、振动噪音大、稳定性差等，影响了机床加工质量和效率。
对数控机床主轴结构进行改进设计具有重要意义。
在当前工业生产中，高精度、高效率、高速度是制造企业追求的目标。
而数控机床主轴结构作为影响机床性能的关键部件之一，需要不断进行创新和改进，以适应不断变化的市场需求。
深入研究主轴结构的改进设计，优化结构材料和加工工艺，对提升数控机床的加工精度和效率具有重要意义。
【2000字】1.2 研究目的研究目的是为了通过对数控机床主轴结构进行改进设计，提高机床的加工精度和工作效率。
当前市场上存在着许多数控机床主轴结构设计较为传统，存在一定的问题，例如在高速高效加工过程中容易产生振动和噪音，影响加工精度和表面质量。
本研究旨在通过优化设计改进数控机床主轴结构，提高其稳定性和刚性，减少振动和噪音，从而提高加工质量和效率。
通过结合结构材料优化和加工工艺改进，探索出一种更加先进和可靠的数控机床主轴结构设计方案，并分析其在技术和经济方面的可行性，为数控机床行业的进一步发展提供参考和指导。
2. 正文2.1 数控机床主轴结构现状数控机床主轴结构是数控机床的核心部件之一，主要负责转动切削工具进行加工。
目前的数控机床主轴结构主要分为直线主轴和滚珠主轴两种类型。
直线主轴结构简单，操作方便，适用于对工件精度要求不高的加工，但主轴刚度较低，容易产生振动。
滚珠主轴结构采用滚珠轴承支撑，具有较高的刚度和承载能力，适用于高精度加工，但制造成本较高。
当前数控机床主轴结构在设计上存在一些问题，如主轴转速范围窄、刚度不足、温升较大等。
这些问题制约了数控机床的加工效率和加工质量。
为了解决这些问题，可以采取改进设计方案。
CM6132机床主轴箱结构设计
CM6132机床主轴箱结构设计机床主轴箱是机床的核心部件之一，承载着主轴、主轴驱动系统以及主轴支撑装置等关键部件。
主轴箱的结构设计对机床的工作性能和使用寿命具有重要影响。
下面将详细介绍CM6132机床主轴箱的结构设计。
首先，CM6132机床主轴箱结构采用立式结构，主轴箱底座与机床床身一体铸造，确保了结构的刚性和稳定性。
主轴箱采用矩形箱体结构，结构紧凑，便于安装和维修。
主轴箱箱体采用高强度铸铁材料，通过热处理工艺和震动消除工艺，提高了箱体的刚性和抗振能力。
主轴箱内部设有主轴，主轴采用磨削加工工艺，保证了主轴的精度和平衡性。
主轴由主轴轴承支撑，主轴轴承采用进口高速轴承，具有较高的承载能力和转速范围。
主轴与电机通过皮带传动连接，通过变速箱实现不同转速的调节，满足不同工件加工要求。
主轴箱还设有主轴支撑装置，主轴支撑装置采用滚动导轨方式，确保了主轴的稳定性和刚性。
滚动导轨由伺服电机和滚动导轨轴承组成，通过伺服电机的控制可以实现主轴的自动定位和加工过程中的精确控制。
主轴支撑装置还配备有润滑系统，确保主轴的正常运转和寿命。
此外，主轴箱还设有冷却系统和排屑装置。
冷却系统通过冷却液对主轴箱进行冷却，以减少摩擦和热变形，同时有效降低主轴温度，提高工作效率和加工质量。
排屑装置通过排屑槽和排屑器将切屑和废料排出主轴箱，保持主轴箱内的清洁和运转的安全性。
总之，CM6132机床主轴箱的结构设计充分考虑了刚性、稳定性和精度要求，通过合理的布局和优质的材料及加工工艺，提高了主轴箱的工作性能和使用寿命。
这种结构设计不仅满足了工件的加工需求，而且具有较高的工作效率和安全性。
通过对主轴箱的结构设计优化，可以进一步提高机床的性能和竞争力。
数控车床主轴设计
数控车床主轴系统分析报告学院：机械工程学院班级：09创新一班姓名：学号：*******xxxMJ-50数控车床主轴结构下图为MJ-50数控车床主轴结构。
交流主轴电动机通过带轮15把运动传给主轴7 。
主轴前支承由一个双列圆柱滚子轴承1 1和一对角接触球轴承1 0组成，轴承11用来承受径向载荷，两个角接触球轴承分别承受两个方向的轴向载荷，另外还承受径向载荷。
松开螺母8的锁紧螺钉，就可用螺母来调整前支承轴承的间隙。
主轴的后支承为双列圆柱滚子轴承14，轴承间隙由螺母1和螺母6来调整。
主轴的支承形式为前端定位，主轴受热膨胀向后伸长，前后支承所用双列圆柱滚子轴承的支承刚性好，允许的极限转速高。
前支承中的角接触轴承能承受较大的轴向载荷，且允许的极限转速高。
主轴所采用的支承结构适宜高速大载荷的需要。
主轴的运动经过同步带轮16、同步带轮3以及同步带2带动脉冲编码器4，使其与主轴同速运转。
脉冲编码器用螺钉5固定在主轴箱体9上。
1、主传动系统的传动方式：机床主传动系统可分为无极变速传动和有级变速变速传动。
与普通机床相比，数控车床的主传动采用交、直流主轴调速电动机，电动机调速范围大，并可无级调速，使主轴箱结构大为简化。
为了适应不同的加工需要，数控车床的主传动系统有一下三种传动方式：1.1由电机直接驱动：主轴电机与主轴通过联轴器直接连接，或采用内装式主轴电动机直接驱动，如下图a所示。
采用直接驱动大大简化了主轴箱结构，能有效提高主轴刚度。
这种传动的特点是主轴转速的变化、出去转矩与电机的特性完全一致。
但由于主轴的输出功率和转矩特性直接决定于主轴电动机的性能，因而使这种变速传动的应用受到了一定的限制。
1.2采用定比传动：主轴电动机经定比传动传递给主轴，如下图b所示。
定比传动可采用带传动或齿轮传动，带传动具有传动噪声小、振动小的有点，一般应用在中小型数控车床上。
采用定比传动扩大了直接驱动的应用范围，即在一定程度上能满足主轴功率与转矩的要求，但其变速范围仍与电动机的调速范围相同。
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1 3 2
2）确定设计变量
主轴的材料选择为普通钢，设计方案由四个设 计变量决定。即孔径d、外径D、跨L以及外伸 端长度a。由于机床主轴内孔常用于待加工的棒 料，其大小由机床型号决定，不能作为设计变 量。故设计变量取为 x=[ X 1 x2 x3] T=[L D a] T
3）约束条件
2）约束函数程序设计 % 3——机床主轴优化设计的非线性不等式 约束函数（zzyh-g） function [g,ceq]=zzyh_g(x) g(1)=64*15000*x(3)^2*(x(1)+x(3))/(3*21000 0*3.14*(x(2)^4-30^4)*0.05)-1 ceq=[]
140 150 >> [x,fn]=fmincon(@zzyh_f,x0,[],[],[],[],lb,ub,@z zyh_g)
x= 300.0000 74.8990 90.0000 fn = 1.1247e+004
二、机床主轴的有限元分析
一、建立有限元模型 根据优化的结果，进行主轴结构设计。采 用SolidWorks软件建立三维模型，如下。
4）主程序的运行结果 程序的迭代过程和运行结果 >> x0=[480;100;120] x0 = 480 100 120 >> lb=[300;60;90] lb = 300 60 90 >> ub=[650;140;150] ub = 650
二、静力学分析 1、静力学分析的过程 1）用SolidWorks软件打开主轴模型，然后用用插 件cosmosworks对主轴模型进行有限元分析。创建 静力研究。 2）对模型定义材料，在SolidWorks材料库中选择 普通碳钢45钢。 3）对模型添加载荷和约束。由于机床主轴在运行 过程中要受到刀具或工件对前端的力，以及轴承 的约束。 4）对模型进行网格划分，然后运行静力研究。网 格化后如图所示 ：
Dmin D Dmax
amin a amax
4）建立数学模型
minf(x)=
1 2 π ρ ( x1 x 3 )( x 2 30 2 ) 4
2 64 15000 x3 ( x1 x3 ) g1 ( x ) 0.05 0 4 4 3E ( x2 d )
主轴网格模型
2、静力学结果分析 1）、应力结果 最大应力和最小应力发生的位置如表
名称 类型 最小 位置 最大 位置
图解1
VON:von Mises 应力
0.0189 002 N/m^2 节: 280
(-25 mm, 3.0616 2e-015 mm,
9368. 33 N/m^2
(9.49949e008 mm, 40 mm,
y
主轴的刚度是一个重要的性能指标，其悬伸 端的挠度y不得超过规定值[y]，其中 [y]=0.05mm，据此建立性能约束 g(x)=y-[y] 即g(x)=y-0.05 在外力F给定的情况下，y是设计变量x的函 数，其值按下式计算 则 Fa ( L a ) 式中
2
3EI
I
64
(D 4 d 4 )
410 mm)
节: 6159
2 mm)
主轴应力云图
2）、位移结果 最大位移和最小位移的大小和位置图表
类型 最小 位置 最大 位置
名称
0m
(13.75 mm, 23.81 57 mm, 390 mm)
图解1
URES:合力 位移
节: 294
5.76751 e-005 m
节: 6162
(-8.67362e016 mm,
3）主程序设计 % 机床主轴的跨距，悬伸量、外径的优化 设计 % 1——机床主轴结构优化设计主程序 % 设计变量的初始值 x0=[480;100;120]； %设计变量的上界与下界
lb=[300;60;90] ub=[650;140;150] % 使用多维约束优化命令fmincon（调用目 标函数zzyh-f和非线性约束函数zzyh-g） % 定义线性不等式约束中设计变量的系数 矩阵a=[]和常数项向量b[] %没有等式约束，则参数：系数矩阵Aeq=[] 和常数项向量b=[] [x,fn]=fmincon(@zzyh_f,x0,[],[],[],[],lb,ub,@z zyh_g)
40 mm, 0 mm)
主轴位移云图
2 64Fx3 ( x1 x3 ) g1 ( x) y0 0 4 4 3E ( x2 d )
通常应考虑主轴内最大应力不得超过许 用应力。由于机床主轴对刚度要求比较高， 当满足刚度要求时，强度尚有余量，因此 应力约束条件可不考虑。边界条件为设计 变量的取值范围，即ຫໍສະໝຸດ Lmin L Lmax
表1 初始数据
设计变量 初始值 下限值 上限值
X1 480 300 650
X2 100 60 140
X3 120 90 150
E-E 放大 D
d A E E L a F B C
图1 机床主轴的受力简图
Y
1）确定目标函数
图1是一个已经简化的机床主轴。在设计主 轴时，有两个重要的因素需要考虑。一是 主轴的自重；一是主轴伸出端c点的挠度。 对于普通机床，并不追求过高的加工精度， 对机床主轴的优化设计，以选取主轴的自 重最轻为目标，外伸端的挠度为约束条件。 则目标函数为： f(x)= 1π ρ ( x x )( x 2 d 2 )
g 2 ( x) 1 x1 / Lmin 0
g 3 ( x) 1 x2 / Dmin 0
g 4 ( x) x2 / Dmax 1 0
g 5 ( x) 1 x3 / amin 0
二、进行程序编制
1）目标程序设计 % 2——主轴自重最轻为目标 function f=zzyh_f(x) f=(3.14*0.0078*(x(1)+x(3))*(x(2)^2-30^2))/4