加工中心电主轴的内部结构及动作原理分析

随着电气传动技术（变频调速技术、电动机矢量控制技术等）的迅速发展和日趋完善，高速数 控机床主传动系统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，实现了机床的“零传动”。这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此可做成“主轴单元”，俗称“电主轴”（ElectricSpindle,Motor Spindle）。由于当前电主轴主要采用的是交流高频电动机，故也称为“高频主轴”（High FrequencySpindle）。由于没有中间传动环节，有时又称它为“直接传动主轴”（Direct Drive Spindle）。

电主轴具有结构紧凑、重量轻、惯性小、振动小、噪声低、响应快等优点，而且转速高、功率大，简化机床设计，易于实现主轴定位，是高速主轴单元中的一种理想结构。 帝益电主轴外观图

电主轴轴承采用高速轴承技术，耐磨耐热，寿命是传统轴承的几倍。

产品特性 高转速、高精度、低噪音、内圈带锁口的结构更适合喷雾润滑。

主要用途 数控机床 ●机电设备 微型电机 ●压力转子 步进电机

电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，它与直线电机技术、高速刀具技术一起，将会把高速加工推向一个新时代。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、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置。

电主轴所融合的技术

高速轴承技术

电主轴通常采用动静压轴承、复合陶瓷轴承或电磁悬浮轴承。 动静压轴承具有很高的刚度和阻尼，能大幅度提高加工效率、加工质量、延长刀具寿命、降低加工成本，这种轴承寿命多半无限长。 复合陶瓷轴承目前在电主轴单元中应用较多，这种轴承滚动体使用热压Si3N4陶瓷球，轴承套圈仍为钢圈，标准化程度高，对机床结构改动小，易于维护。 电磁悬浮轴承高速性能好，精度高，容易实现诊断和在线监控，但是由于电磁测控系统复杂，这种轴承价格十分昂贵，而且长期居高不下，至今没有得到广泛应用。

高速电机技术

电主轴是电动机与主轴融合在一起的产物，电动机的转子即为主轴的旋转部分，理论上可以把电主轴看作一台高速电动机。关键技术是高速度下的动平衡；

润滑

电主轴的润滑一般采用定时定量油气润滑；也可以采用脂润滑，但相应的速度要打折扣。所谓定时，就是每隔一定的时间间隔注一次油。所谓定量，就是通过一个叫定量阀的器件，精确地控制每次润滑油的油量。而油气润滑，指的是润滑油在压缩空气的携带下，被吹入陶瓷轴承。油量控制很重要，太少，起不到润滑作用；太多，在轴承高速旋转时会因油的阻力而发热。

冷却装置

为了尽快给高速运行的电主轴散热，通常对电主轴的外壁通以循环冷却剂，冷却装置的作用是保持冷却剂的温度。

内置脉冲编码器

为了实现自动换刀以及刚性攻螺纹，电主轴内置一脉冲编码器，以实现准确的相角控制以及与进给的配合。

自动换刀装置

为了应用于加工中心，电主轴配备了自动换刀装置，包括碟形簧、拉刀油缸等；

高速刀具的装卡方式

广为熟悉的BT、ISO刀具，已被实践证明不适合于高速加工。这种情况下出现了HSK、SKI等高速刀具。

高频变频装置

要实现电主轴每分钟几万甚至十几万转的转速，必须用一高频变频装置来驱动电主轴的内置高速电动机，变频器的输出频率必须达到上千或几千赫兹.

结构示意图见：http://baike.baidu.com/image/509b9fcbab4a85bd53664f76

外观图见：http://baike.baidu.com/image/e49cf911d2794586a6ef3f73

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加工中心主轴的结构

加工中心（Machining Center，简称 MC ）是能够实现多工序编程并能根据需求具备切换刀具功能的数控机床。它将铣床、镗床、 钻床多种数控功能聚集在一台设备上，配备刀库和自动换刀装置，能够同时完成多道工序。由于其减少了工件装夹、 产品和设备调整，节约了工件的转移时间，因此其效率比通用机床高出80%以上。选择高品质加工中心主轴认准钛浩，专业品质保障，因为专业，所以卓越！

加工中心主传动系统的特点：

加工中心主传动系统的组成主要分为主轴电动机、 主轴传动系统和主轴组件。加工中心的主传动优点为高转速、 高回转精度、 高机构刚性以及抗震性。CNC加工中心的主轴系统具备以下特点：（1）主轴必须具有一定的调速范围并实现无级变速。 （2）具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪声低。 （3）升降速时间短，调速时运转平稳。 （4）主轴组件要有较高的固有频率，保持合适的配合间隙并进行循环润滑等。 （5）有自动换刀和刀具自动夹紧功能。 （6）主轴具有足够的驱动功率或输出转矩。 （7）主轴具有准停功能又称主轴定位功能 。

从主体上看，加工中心主要由以下几大部分组成：

1、基础部件

基础部件是加工中心的基础结构，它主要由床身、工作台、立柱三大部分组成。这三部分不仅要承受加工中心的静载荷，还要承受切削加工时产生的动载荷。所以要求加工中心的基础部件，必须有足够的刚度，通常这三大部件都是铸造而成。

2、主轴部件

主轴部件由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零部件组成。主轴是加工中心切削加工的功率输出部件，它的起动、停止、变速；变向等动作均由数控系统控制；主轴的旋转精度和定位准确性，是影响加工中心加工精度的重要因素。

3、数控系统

加工中心的数控系统由CNC装置、可编程序控制器、伺服驱动系统以及面板操作系统组成，它是执行顺序控制动作和加工过程的控制中心。CNC装置是一种位置控制系统，其控制过程是根据输入的信息进行数据处理、插补运算，获得理想的运动轨迹信息，然后输出到执行部件，加工出所需要的工件。

4、自动换刀系统

换刀系统主要由刀库、机械手等部件组成。妆需要更换刀具时，数控系统发出指令后，由机械手从刀库中取出相应的刀具装入主轴孔内，然后再把主轴上的刀具送回刀库完成整个换刀动作。

5、辅助装置

包括润滑、冷却、排屑、防护、渡压、气动和检测系统等部分。这些装置虽然不直接参与切削运动，但是加工中心不可缺少的部分。对加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起着保障作用。

高速加工中心的电主轴

电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术。

高速数控机床主传动系统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，实现了机床的“零传动”。

这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此可做成“主轴单元”，俗称“电主轴”。电主轴常用于高速加工中心，因其结构特殊，能达到的转速非常之高，国外最顶尖的电主轴转速早已突破十万转，相对于皮带式主轴来说，转速根本就不是一个级别的。

电主轴具有结构紧凑、重量轻、惯性小、噪音低、响应快等优点，而且功率大，简化机床设计，易于实现主轴定位，是高速主轴单元中一种理想结构。高速加工中心电主轴按道理来说有这么多优点的主轴应该很受欢迎才对，但是现实却并非如此，电主轴转速确实不是其他主轴能媲美的，但是用业内人士的话来说电主轴“无力”，也就是说电主轴几乎不能用于切削，不能切削的主轴意味这什么？一台高速加工中心如果不能进行切削，那么其工作范围非常之小，只能进行对表面光滑度有要求的工件进行铣。

即使电主轴拥有再高的转速，如果无法解决“无力”这个问题，那么它始终不会有很大的作为，所以现在市面上高速加工中心还是使用直结式主轴居多，虽然直结式主轴没有电主轴那种超高转速，但是直结式主轴切削力度比电主轴大太多了，更适合大部分客户的需求。

机械设计毕业设计开题报告

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毕业设计（论文）学生开题报告

课题名称 大型轴承液压装配机的设计

课题来源 自选 课题类型 AY 指导教师

学生姓名 学 号 0510111617 专业班级

本课题的研究现状、研究目的及意义

研究现状：研究现状是指到目前为止，别人和你自己在这个项目上做过一些什么研究。

轴承是一种通用性机械零部件，用来支撑轴，保持轴的准确位置，在我们日常生产生活中，起到了极大的作用。轴承的分类很多，滚动轴承就是其中很重要的一种。由于其结构特性，滚动轴承在以往的装配过程中，大多采用手工，既费时又费力，极大限制了劳动生产率的提高。

滚动轴承的使用寿命和使用性能很大程度上取决于实际应用中轴承的安装是否正确。许多机械设备中。尽管选用了品质优良的轴承，但常常达不到所要求的寿命，甚至出现早期失效，使整个机械设备不能正常运行，影响了生产效率，增加了成本，有时会造成巨大的经济损失。

船舶螺旋桨轴上的调心滚子轴承直径560mm，属于大型轴承，在装配时如果不能实现自动化，将增加工人的劳动量，要实现该轴承装配自动化已经迫在眉睫。

研究目的与意义：

随着现代科技的迅速发展，装配自动化正在逐步发展成为当今世界装配的发展主流，逐步取代人工的手工装配。它已成为衡量一个国家机械发展水平的主要标志之一。自动装配技术的重要性还在于促进产品制造系统的整体优化，生产率得以全面提高，用少量调整工人服务于一定数量的自动装配设备（这句话表达不清楚），在一定程度上提高均衡生产水平。自动装配不会因为工人疲劳，疏忽，情绪，技术不熟练等因素影响而造成产品质量缺陷或不稳定。实践表明，当达到一定批量的与手工装配保持同一水平的自动化装配将会使成本下降（这句话表达不清楚）。同时，在许多情况下，装配自动化所占用的生产面积比手工装配完成同样生产任务的工作面积要小的多。

本次设计是大型轴承液压装配机，它可以实现螺旋桨轴承装配的自动化，保证轴承的装配质量，使轴在调心滚子轴承中可靠的运转。

课题类型：

(1)A—工程实践型；B—理论研究型；C—科研装置研制型；D—计算机软件型；

E—综合应用型

(2)X—真实课题；Y—模拟课题；

(1)、（2）均要填，如AY、BX等。

2

本课题的研究内容

大型轴承液压装配机在轴承装配过程中完成轴承的装配工作，需要保障操作者的健康和安全，确保产品的品质，提高生产效率。在调查研究、消化资料的基础上，设计一台用于轴承装配生产线上的液压装配机。要求该机有手动和自动两种工作方式。

要求完成：

1、 完成装配机的总体设计并绘制总装配图；

2、 完成主要部件的设计并绘制零件图；

3、 完成驱动系统设计并绘制驱动系统原理图；

4、 完成控制系统设计并绘制控制系统原理图；

5、 完成设计说明书， 要求不少于40页；

6、 完成与设计相关的外文资料的翻译，不少于3000字符。

实施方案：

轴承液压装配机有机体、水平驱动装置、水平装配结构、驱动控制装置。在机架上设计一个轴承存放及输送结构，在流水线上设一个螺旋桨轴的输送结构，其一端设有轴的固定座，其另一端则进行轴承的装配。驱动装置采用液压系统，控制装置采用PLC控制。在这些的基础上，完成液压装配机的设计计算。

进度安排：

第1—4周， 实习调研、收集资料；

第5周， 完成开题报告；

第6—7周 ， 完成总体方案设计；

第8—11周 ， 完成机械结构、驱动系统、控制系统的设计计算；

第12—15周， 绘制装配机的总装配图、零件图；并绘制驱动系统原理图、控制系统原理图；

第16周， 整理文档，图纸，完成毕业设计说明书；

第17周， 校对所有设计内容，参加毕业设计论文答辩。

开题报告（2）

已查阅的主要参考文献

需要填写5-8篇文献资料，甚至可以包括你们相关课程的课本。

指导教师意见

指导教师签名：

年 月 日

毕业设计开题报告怎么做

毕业设计实践环节是完成教学计划达到本科生及专科生培养目标的重要环节，是教学计划中综合性最强的实践教学环节，它对培养学生的思想、工作作风及实际能力、提高毕业生全面素质具有很重要的意义。

为帮助广大计算机专业毕业生实现毕业设计目标，保证毕业设计实践环节工作的顺利进行，现将各环节做如下提示，以帮助广大首次从事毕业设计的毕业生对毕业设计的过程有一个大致的了解。

一、计算机专业实践环节形式：

毕业设计

二、毕业设计实践环节应注意的事项

1、“毕业设计”实践环节在全部毕业学分中占有一定学分；

2、“毕业设计”实践环节从起步到毕业答辩结束历时至少4周以上；

3、“毕业设计”实践环节包括两部分内容：

① 完成“毕业设计”所开发的应用程序；

② 针对所开发的应用程序书写“毕业设计”说明书（即论文）；

三、毕业设计实践环节应先完成的工作

在毕业设计实践环节之前，应向有关主管设计工作的单位或老师上报如下材料：

①《毕业设计实践环节安排意见》（包括领导小组名单，毕业班专业、级别、性质、工作计划安排、实践环节工作步骤，指导教师名单，学生分组名单）.

②《毕业设计（论文）审批表》一式两份（要求认真审核、填写指导教师资格，包括职称、从事专业、有何论著，每人指导学生不得超过一定人数，兼职（或业余）指导教师指导学生数根据情况酌减）。

四、关于“毕业设计”工作的过程步骤

1、“毕业设计”题目的选择，选题时应遵循以下原则：

①选题必须符合计算机专业的综合培养要求；

②应尽可能选择工程性较强的课题，以保证有足够的工程训练；

③毕业设计工作要有一定的编程量要求，以保证有明确的工作成果；

④选题原则上一人一题，结合较大型任务的课题，每个学生必须有毕业设计的独立子课题；

⑤选题应尽量结合本地、本单位的教学、科研、技术开发项目，在实际环境中进行。

总之选题要体现综合性原则、实用性原则、先进性原则、量力性原则等

选题时要达到以下目标：

①选题与要求提高综合运用专业知识分析和解决问题的能力；

②掌握文献检索、资料查询的基本方法和获取新知识的能力；

③掌握软硬件或应用系统的设计开发能力；

④提高书面和口头表达能力；

⑤提高协作配合工作的能力。

2、“毕业设计”题目审核

有关单位将毕业学生选择的题目填写在同一个“毕业设计（论文）审批表”中的“毕业设计安排表”相应栏目中，审核通过后方可开展下一步工作。

3、“毕业设计”应用程序开发实施（大致用时安排）

①需求分析阶段（约一周时间完成）

②系统分析阶段（约一周时间完成），同时完成毕业设计说明书前两章资料整理工作。

③系统设计阶段（约一周时间完成）

④代码实现阶段（约三周时间完成）同时完成毕业设计说明书第三章、第四章资料整理工作。

⑤系统调试阶段（约二周时间完成），同时完成毕业设计说明书第五章资料整理工作。

⑥投入运行阶段（约一周时间完成），同时完成毕业设计说明书中第六章资料整理工作。

⑦毕业设计说明书的整理定稿阶段（约二周时间完成）

一份完整、规范的毕业设计说明书应大致包括以下项目（各院校要求不完全相同）：