主轴单元设计.ppt

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1、数控机床设计与分析主轴单元设计青海一机数控机床有限责任公司2011年12月5日主编：苟卫东课程內容课程內容概述主轴结构主轴轴承刀具系统冷却系统润滑系统密封系统主轴电机概述加工中心市场需求3C模具航钛轻合金汽机车一般加工高速钻孔攻丝，轻切削面铣1mm以下小孔径钻孔硬钢材加工，曲面加工高速铣削，曲面加工高速铣削，钻孔，攻丝精密镗孔钻孔，攻丝，面铣，镗孔高速高精度高效率概述数控机床高速切削关键技术轻量化高刚性结构CAD/CAM刀具技术工艺(规程，夹具)控制器进给系统主轴系统高速，高精度切削概述主轴为数控机

2、床进行加工时，直接带动刀具或工件旋转，进行切削、磨削..等加工程序之重要单元。–带动工件旋转，如车床。–带动刀具旋转，如铣床。精度刚度速度概述主轴设计之性能指标主轴刚性:径向与轴向最高转速:安全持续运转极限转速主轴功率:连续输出额定功率与最大功率影响刚度与转速的因素刚性主轴系统轴承系统支撑系统转速轴承系统润滑系统冷却系统概述主轴设计主要因素主轴驱动方式:齿轮/皮带式，直接式，内藏式主轴轴承:轴承形式，数量，组装方式，润滑主轴电机:电机型式，功率，尺寸主轴结构:刀柄拉杆，刀柄型式概述依驱动方式分为:–

3、齿轮式优点：•传动系统扭转刚性大，能承受低速高扭矩负载•适合低速大切深加工，但主轴刚性需加大缺点：•效率低，传输功率损耗大，噪音大，油污染•高速受限制•齿轮及箱体制造成本高•齿轮造成轴承负荷概述依驱动方式分为:–皮带式优点：•高张力低噪音齿型设计，高速时噪音比齿轮式低•组装，维修容易，成本低缺点：•传动系统挠性大，扭转刚性低•皮带造成轴承负荷•高速运转受皮带限制而无法提高•超负荷切削易使皮带滑移。概述依驱动方式分为:–电机内藏式优点：•电磁能直接转换为机械能，无传动功率损耗，亦无须考虑如DDS主轴联

4、轴器的刚性问题•此外电机具有双线圈两段输出功率，具备低速高扭矩功能•低速重切削能力大约介于齿轮式与皮带式之间•高速切削能力则较优。缺点：•制造及材料成本高，•组装复杂，维修困难度高•线圈发热易影响主轴温升。概述依驱动方式分为:–直結式优点：•高速化，噪音低于皮带式主轴•直接电磁能–机械能转换•低傳传输功率损耗•低速重切削不会有皮带式之跳脱打滑问题缺点：•系统总组合长度拉长，•组装精度要求高，•使用在C-型架重量集中前端。•动平衡校正较困难，联轴器易受切削激振松脱。概述各式主轴:液体静压主轴磁浮主轴轴

5、线可动主轴液体动压主轴滚珠轴承主轴主轴结构主轴轴承刀具夹持系统冷却系统润滑系统密封其他主轴结构主轴结构加工中心(MachinningCenter)主轴结构加工中心(machiningCenter)主轴结构加工中心(machiningCenter)主轴结构加工中心(machiningCenter)主轴结构加工中心(machiningCenter)主轴结构加工中心(machiningCenter)主轴结构加工中心(machiningCenter)主轴结构加工中心(machiningCenter)主轴–主

6、轴之心轴为一多段式中空阶梯梁，是主轴单元重要结构元件。–功能提供主轴所需刚性。提供刀柄介面及刀具夹持系统。与轴承组成主轴-轴承系统，为主轴旋转组件。提供主轴中心出水(CTS)机构(部分系统)。–设计考虑因素等效惯性矩:各阶段的长度与截面尺寸设计。轴承间之跨距:轴承间距离影响主轴负荷变形量。悬伸量:前端轴承至刀柄介面距离。主轴主轴端部主轴锥孔主轴端部主轴锥孔加工中心的主轴锥孔通常分为两大类，即锥度为7:24的通用系统和1:10的HSK真空系统。锥度为7:24的通用刀柄通常有五种标准和规格，即NT（传统

7、型）、DIN69871（德国标准）、IS07388/1（国际标准）、MASBT（日本标准）以及ANSI/ASME（美国标准）。1:10HSK真空刀柄的德国标准是DIN69873。有六种标准和规格，即HSK-A、HSK-B、HSK-C、HSK-D、HSK-E和HSK-F，常用的有三种：HSK-A(带内冷自动换刀)、HSK-C(带内冷手动换刀)和HSK-E(带内冷自动换刀，高速型)。7:24的通用刀柄是靠刀柄的7:24锥面与机床主轴孔的7:24锥面接触定位连接的，在高速加工、连接刚性和重合精度三方面有局

8、限性。HSK真空刀柄靠刀柄的弹性变形，不但刀柄的1:10锥面与机床主轴孔的1:10锥面接触，而且使刀柄的法兰盘面与主轴面也紧密接触，这种双面接触系统在高速加工、连接刚性和重合精度上均优于7:24的HSK刀柄。其中常用于加工中心(自动换刀)上的有A型、E型和F型。主轴接口形式刀具结合面系统HSK:1/10空心短刀柄KM:1/10空心短刀柄-1/10錐度主轴接口形式主轴端部30-60号GB/T3837-2001主轴端部结构尺寸主轴端部尺寸主轴端部键槽及键块主轴端面键主轴端