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1、数控机床主轴支承系统设计【摘要】本论文主要阐述了数控机床主轴支撑系统的选用及日常维护，衡量数控机床的重要指标主要是衡量加工精度和机床使用寿命，而机床的主轴部件是机床的一个关键部件，主轴部件的工作性能直接影响到机床的加工质量和生产率，所以在选用主轴部件是应由其注意，既要考虑耐用、方便安装维修和日常保养，也要考虑一定的经济性。在现有的技术条件下，数控机床主轴支撑系统有滚动轴承、磁浮轴承、电主轴和静压轴承四大类。本论文主要从多个方面综合对比这四种支撑系统的优缺点，最后做出合理的选择。确定静压轴承为最佳设计方案。关键词：数控 主轴 支撑Abstract：The present paper mainly
2、 elaborated numerical control engine bed main axle support system selection and the routine maintenance, the weight numerical control engine bed important target mainly is weighs the processing precision and the engine bed service life, but the engine bed main axle part is an engine bed key componen
3、t, the main axle part operating performance affects directly the engine bed processing quality and the productivity, therefore is selecting the main axle part is should by its attention, also must consider durable, the convenient installment service and the current maintenance, also must consider ce
4、rtain efficiency. Under the existing engineering factor, the numerical control engine bed main axle support system has the rolling bearing, magnetism floats the bearing, the electricity main axle and the static pressure bearing four big kinds. The present paper mainly contrasts these four kind of su
5、pport system from many aspect synthesis the good and bad points, finally makes the reasonable choice. Definite static pressure bearing for best design proposal.Key word: Numerical control main axle support前言从中国机械工业联合会获悉：近几年来，我国机床行业每年以两位数的速度增长，迎来快速发展时期，国内机床行业呈现国有、民营、三资企业共同发展的局面，行业结构得到优化，整体素质明显提高。从200
6、2年以来我国连续5年成为世界机床消费第一大市场，2005、2006年我国机床产值居全球第三，已成为世界机床大国。2007年110月份，我国机床工业总产值同比增长26.2%，利润同比增长37%，行业景气度继续维持高位运行。在国家大力振兴装备制造业、鼓励自主创新的大环境下，机床行业科研成果层出不穷，新产品开发成果显著，五轴联动数控机床、多功能复合机床等高性能数控机床产品初具规模，产品的数控化率逐年提高，国产化率持续提高，进口替代明显。一些机床优势企业通过兼并、收购、重组，特别是收购外资企业，在不断提高国内企业技术水平，力争“做大做强”。同时，伴随我国汽车、船舶、工程机械、航空航天等行业的快速发展，
7、对机床行业提供了巨大的需求，我国机床行业的长期发展被看好。预计国内的机床消费将保持15%以上快速增长，而数控机床将保持30%左右的增速，数控机床每年将超过普通金属切削机床发展速度20个百分点以上，数控机床发展前景宽广。从以上的数字可以看出，数控机床的产量在不断提高，但是仅解决产量问题是不够的，数控金属切削机床的加工范围、加工精度等方面也要不断的提高，这就要求设计人员可以借鉴外国的先进技术来完善国内数控机床的不足。随着产品的复杂程度越来越大，加工精度的要求越来越高，对所数控机床的加工范围、加工精度等有了更高的要求，是数控机床要想精密、超精密，高速、超高速数控机床发展。在这样的情况下，就对数控机床
8、的主轴部件的设计和安装提出了更高的要求。因为主轴部件是机床的执行件，它的功能是支撑和带动工件或刀具，完成表面成形运动，同时还起传递运动和扭矩。承受切削力和驱动力等载荷的作用。由于主轴部件的工作性能直接影响机床的加工质量和生产率，因此它是机床中的一个关键部件。本书第一章主要介绍数控机床的发展史，以及国内外的先进技术。第二章到第五章主要介绍滚动轴承、磁浮轴承、电主轴和静压轴承这四大支撑系统的优缺点及适用范围第六章主要从多个方面进行比较，综合评价这四大支承系统对加工精度的影响，最后作出合理的分析和选用。由于编者水平有限，编写时间短促，书中不妥之处恳请批评指正。目录1 绪论51.1引言51.2 数控机
9、床的概况51.3 数控技术的发展趋势71.3.1高速、高精加工技术及装备的新趋势71.3.2五坐标轴联动加工和复合加工机床快速发展81.3.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势81.4 重视新技术标准、规范的建立91.4.1 关于数控系统设计开发规范91.4.2 关于数控标准91.5 对我国数控技术及其产业发展的基本估计101.6数控机床发展要素关键在于主轴部件112 主轴部件122.1对主轴部件的要求122.1.1回转精度132.1.2静刚度132.1.3 主轴部件的振动142.1.4 升温和热变形152.1.5 耐磨性153主轴轴承和主轴典型结构分析与选择153.1 滚
10、动轴承的支承结构163.1.1 滚动轴承的概述163.1.2 滚动轴承的优缺点163.1.3 主轴滚动轴承的主要类型173.1.4 主轴滚动轴承的精度与配合173.1.5 轴承的润滑与密封183.1.6 常用滚动轴承图例193.1.7 比较分析254 磁浮轴承254.1 磁浮轴承的特点与工作原理264.2 主轴磁浮轴承285.3 高速磁浮主轴系统295 电动主轴295.1 电动主轴的工作原理315.2 高速电动主轴结构特点315.3高速电动主轴的润滑和冷却335.3.1润滑335.3.2冷却336 静压轴承346.1 概述356.2 静压轴承的工作原理366.3 液体静压轴承的分类386.3.
11、1 轴向推力静压轴承396.3.2 轴承材料416.3.3 润滑剂426.3.4 润滑方法436.4 静压轴承的结构特点436.5 静压轴承的发展趋势446.6 静压轴承的应用447 主轴部件设计计算457.1 主轴合理跨距的选择457.1.2弹性支承上刚性主轴端部的职位移y467.1.3 主轴部件的刚度K467.1.4 最佳跨距和合理跨距478 综合分析47结束语50谢辞51参考文献521 绪论 2002年中国成为全球最大机床消费市场以后，进口机床在国内市场上的占有率就一直居高不下，在过去的5年中，机床进口速度基本上与国内机床消费速度同步增长，其在国内市场占有率一直维持在60%左右。而作为机
12、床消费市场主流产品的数控机床，国产产品的市场占有率则更低。2001年，国内产品的市场占有率为29%，以后逐年下降，到2004年则降低到了26.9%，2005年又回升到30.4%。1.1引言 车、铣、刨、磨、镗、钻、电火花、剪板、折弯、激光切割等等都是机械加工方法，所谓机械加工，就是把金属毛坯零件加工成所需要的形状，包含尺寸精度和几何精度两个方面。能完成以上功能的设备都称为机床，数控机床就是在普通机床上发展过来的，数控的意思就是数字控制。 给机床装上数控系统后，机床就成了数控机床。当然，普通机床发展到数控机床不只是加装系统这么简单，例如：从铣床发展到加工中心，机床结构发生变化，最主要的是加了刀库
13、，大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是铣、镗、钻的功能。 我们一般所说的数控设备，主要是指数控车床和加工中心。 我国目前各种门类的数控机床都能生产，水平参差不齐，有的是世界水平，有的比国外落后1015年，但如果国家支持，追赶起来也不是什么问题，例如：去年，沈阳机床集团收购了德国西思机床公司，意义很大，如果大力消化技术，可以缩短不少差距。大连机床公司也从德国引进了不少先进技术。上海一家企业购买日本著名的机床制造商池贝。 近几年随着中国制造的崛起，欧洲不少企业倒闭或者被兼并，如马毫、斯滨纳等。日本经济不景气，有不少在80年代很出名的机床制造商倒闭。1.2 数控机床的概况随着科学技术的迅速发展，
14、社会对产品多样化的要求愈来愈强烈，从而要求产品更新换代的周期越来越短，使多品种、小批量生产的比重明显增加；同时，随着航空航天、造船、军工、汽车、农业机械等行业对产品性能要求的不断提高，产品中形状复杂的零件越来越多，加工质量要求也不断提高。采用传统的普通加工设备已难以适应这种多样化、柔性化及复杂形状零件的高效率高质量加工的要求。为解决上述问题，一种高精度、高效率的“柔性”自动化生产设备数控机床就应运而生了。数控机床的研究起源于飞机制造业。1947年，美国帕森斯（Parsons）公司为了精确地制造直升机的机翼、桨叶和飞机框架，提出了用电子计算机控制机床来加工形状复杂零件的设想。1949年，美国空军
15、为了能在短时间内制造出经常变更设计的火箭零件，与帕森斯公司和麻省理工学院伺服机构研究所（Servo Mechanism Laboratory of the Massachusetts Institute of Technology）合作，开始了三坐标铣床的数控化工作，于1952年研制成功世界上第一台数控机床三坐标数控铣床。经过三年的试用和改进，于1955年进入实用化阶段。此后，德国、英国、日本和前苏联等国也开始了数控机床的研制开发工作。1959年，美国 Keaney Treckre公司开发出了具有刀具库、刀具交换装置、回转工作台的数控机床，可以在一次装夹中对工件的多个面进行钻孔、铰孔、攻螺纹、镗削、铣削等多种加工，不仅提高了生产率，而且使加工精度大大提高。这类带有刀具库和自动换刀装置的数控机床称为加工中心（Machining Center），它已成为当今数控机床发展的主流。 1958年，清华大学和北京第一机床厂合作研制出我国第一台数控铣床，由于我国基础理论研究滞后，相关工业基础薄弱，特别是电子技术落后，数控系统没有突破，虽然我国起步不晚，但发展不快，60-70年代，
