【正文】 所以特此申請(qǐng)?jiān)谛Ｍ鈫挝煌瓿僧厴I(yè)設(shè)計(jì)，并及時(shí)交回，希望老師可以批準(zhǔn)我的申請(qǐng)，謝謝！ 學(xué)生：付文娟 校外單位的意見： （需要明確是否接收，或 有公函 /傳真） 已接受該生。整個(gè)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)合理 ，論據(jù)充分，是一篇合格的畢業(yè)論文。在以后的人生道路上，我會(huì)謹(jǐn)記各位老師教給我的東西，讓自己的人生活的精彩。 即將就要走出學(xué)校，走入社會(huì)，三年的大學(xué)生活就要結(jié)束，我想謝謝我的各位老師在這三年中對(duì)我的教育和幫助。而且，在設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中，還得到許多朋友及熱心人的幫助，在次我也對(duì)他們 說聲謝謝。 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 33 謝 辭 在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我遇到了許多的困難，但是最后在指導(dǎo)老師的幫助下都順利的解決了。 總之，通過這次設(shè)計(jì)我學(xué)到了許多書本中學(xué)不到的知識(shí)，這次設(shè)計(jì)對(duì)我受益非淺。還可以培養(yǎng)我們嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng)和認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，對(duì)于我們即將進(jìn)入社會(huì)是非常寶貴的 經(jīng)驗(yàn)收獲。 通過這次設(shè)計(jì)我的專業(yè)知識(shí)不僅得到了更進(jìn)一步的擴(kuò)展，而且收獲了許多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。知道了電主軸的結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)組成，以及電主軸的各種技術(shù)和電主軸的應(yīng)用領(lǐng)域。本次設(shè)計(jì)基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的，設(shè)計(jì)的各項(xiàng)任務(wù)都已完成。 （ 6） 在錠子線圈上的溫度傳感器指示錯(cuò)誤 ： 打開冷卻系統(tǒng) ； 測(cè)量變頻器與主軸間的電阻必要時(shí)更換 ； 減小載荷 ； 測(cè)量傳感器電阻 。 （ 5） 主軸不能轉(zhuǎn)動(dòng) ： 檢查編碼器必要時(shí)更換 ； 檢查電源連接，必要時(shí)更換 ；檢查變頻器輸出電壓，若沒電壓，根據(jù)變頻器維護(hù)指南維修變頻器； 測(cè)量線圈的電阻差，各個(gè)電機(jī)相之間的差值不超過 。 （ 3） 機(jī)床在操作時(shí)掉刀： 更換夾緊單元及刀抓 ； 需返回廠家修理 。 檢查或排除主軸故障的方法 （ 1） 刀具不能正確夾緊： 清洗和檢查 HSK 面并用“ POWER CHECK”檢查傳感器的設(shè)定值； 檢查更換損壞的刀桿 ； 更換夾緊單元 。 （ 5）主軸不能轉(zhuǎn)動(dòng)：編碼器損壞；電源連接中斷；變頻器損壞；極線圈短路。 （ 3）機(jī)床在操作時(shí)掉刀：夾緊單元損壞或刀抓損壞；拉刀桿損壞或蝶簧損壞。 的主軸故障 引起主軸故障的原因 （ 1）刀具不能正確夾緊：金屬屑、油脂或臟物太多，影象了刀具夾緊；刀桿尺寸誤差超差；夾緊單元磨損或損壞，蝶簧損壞，夾緊力不夠。進(jìn)氣口截面大于前后噴油口截面的總和，排氣應(yīng)順暢，各噴油小孔的噴射角與軸線呈 15186。潤滑油霧在充分潤滑 軸承 的同時(shí)，還帶走了大量的熱量。合理的預(yù)緊力，良好而充分的潤滑是保證主軸正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件。 ③ 彈性變形量小，剛度高，壽命長。因?yàn)樘沾汕?軸承 具有以下特點(diǎn)： ① 由于滾珠重量輕，離心力小，動(dòng)摩擦力矩小。 主軸 軸承 是電主軸的核心支承，也是電主軸的主要熱源之一。由于主電 動(dòng)機(jī) 旁邊就是主軸 軸承 ，如果主電 動(dòng)機(jī)的散熱問題解決不好，還會(huì)影響機(jī)床工作的可靠性。電主軸單元的內(nèi)部有兩個(gè)主要熱源：一是主軸 軸承 ，另一個(gè)是內(nèi)藏式主電 動(dòng)機(jī) 。常見故障包括以下六個(gè)方面：電主軸升溫過 高；電主軸剛性差；軸振動(dòng)大；主軸精度差；主軸啟動(dòng)困難；主軸掉速。當(dāng)電主軸組裝完畢西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 29 后，根據(jù)動(dòng)平衡機(jī)的測(cè)試結(jié)果，在一定的方位上，旋入相應(yīng)的平衡螺絲 并調(diào)節(jié)其旋入深度，直到完全達(dá)到動(dòng)平衡精度后，用環(huán)氧樹脂將這些平衡螺絲固化 。 為了使轉(zhuǎn)子在裝配后達(dá)到精確的動(dòng)平衡，除了上述對(duì)稱性設(shè)計(jì)以外，還必須采取下列兩個(gè)工藝措施：一是轉(zhuǎn)子硅鋼片 3 的外徑 D 在裝配前應(yīng)留有一定的加工余量，當(dāng)轉(zhuǎn)子用熱壓法 (轉(zhuǎn)子一般加溫到 180～ 200℃ )裝入主軸以后，以主軸前、后軸頸為定位支承，把主軸裝夾在車床上，對(duì)轉(zhuǎn)子的硅鋼片外圓 D 進(jìn)行最后的精車。為了保持主軸結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，轉(zhuǎn)子內(nèi)套上也對(duì)稱地加工了另一個(gè)小孔 b。如圖 51 安裝硅鋼片的轉(zhuǎn)子內(nèi)套 1 用鉻錳彈簧鋼制造，且其壁厚較小，故有較好的彈性。主軸上軸向固定零件用的螺紋套也用與主軸有過盈配合的圓盤來代替。在設(shè)計(jì)電主軸時(shí)，必須嚴(yán)格遵守結(jié)構(gòu)對(duì)稱性原則，鍵連接和螺紋聯(lián)接在電主軸上被禁止使用。因此必須對(duì)電主軸進(jìn)行嚴(yán)格的動(dòng)平衡。所以目前選擇使用球和輥?zhàn)虞S承的支承方式在 電主軸中比較常見。通常又細(xì)分為 3 種類型： ， Dmn 值小于 100 萬， ， Dmn 值小于 150 萬， Dmn 值小于 250 萬。通常認(rèn)為，當(dāng) Dmn 值大于 250 萬時(shí)，由于受到潤滑介質(zhì)和軸承極限轉(zhuǎn)速的限制，球軸承支承方式對(duì)于主軸來說基本達(dá)到極限，選擇非接觸式支承方式比較經(jīng)濟(jì)有效。一類是非接觸式支承，包括磁懸浮軸承，氣靜壓軸承，液動(dòng)壓軸承等都屬于這一類。設(shè)計(jì)一種端面定位并使定位面 具有很大的摩擦以防止主軸膨脹的刀軸連接結(jié)構(gòu)，便可解決上述問題。m，而且還需預(yù)加過盈來消除錐配合的公差帶。主軸的膨脹還會(huì)引起刀柄及夾緊機(jī)構(gòu)質(zhì)心的偏離，從而影響主軸的動(dòng)平衡。但是，高速主軸的前端由于離心力的作用會(huì)使主軸膨脹 (如圖 3)，如 30 號(hào)錐度主軸前端在30000r/min 時(shí)，膨脹量為 4～ 5181。因此，主軸軸端的合理設(shè)計(jì)已不容忽視。 5 電主軸的設(shè)計(jì) 隨著機(jī)床向高速、高精度、大功率方向發(fā)展，機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛性越來越好，而主軸與刀具的結(jié)合面多年來仍沿用標(biāo)準(zhǔn)化的 7/24 錐度配合。 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 27 （ 2）采用新材料 比如采用陶瓷材料做滾珠，陶瓷球軸承與鋼質(zhì)角 接觸球軸承相比，在高速回轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠與滾道間的滾動(dòng)和滑動(dòng)摩擦減小，發(fā)熱量降低。角接觸球軸承的發(fā)熱主要是滾子與滾道之間的滾動(dòng)摩擦、高速下所受陀螺力矩產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦以及潤滑油的粘性摩擦等產(chǎn)生的。所以，對(duì)電機(jī)產(chǎn)生發(fā)熱的主要解決方法是對(duì)電機(jī)定子采用冷卻液的循環(huán)流動(dòng)來實(shí)行強(qiáng)制冷卻。電機(jī)在實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換過程中，內(nèi)部產(chǎn)生功率損耗，從而使電機(jī)發(fā)熱。如果不加以控制，由此引起的熱變形會(huì)嚴(yán)重降低機(jī)床的加工精度和軸承使用壽命，從而導(dǎo)致電主軸的使用壽命縮短。n 值的增大，降溫效果更好。為了進(jìn)一步降低主軸軸承的溫升， GD2 電主軸上采用了油 氣潤滑系統(tǒng)，如圖 45 所示。n 值高達(dá) 210 6)、溫升小、剛度大、壽命長等一系列優(yōu)良特性。除個(gè)別超高速電主軸采用磁懸浮軸承或液體動(dòng) 靜壓軸承以外，目前國內(nèi)外絕大多數(shù)高速電主軸都采用角接觸陶瓷球軸承，其滾球用Si3N4材料制成，直徑比同規(guī)格球軸承小 1/3。由于電主軸的運(yùn)轉(zhuǎn)速度高， dm冷卻油的流量可按主電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱量進(jìn)行計(jì)算。圖 44 所示為西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 25 高速電主軸的外循環(huán)油 % 水冷卻系統(tǒng)。 與一般的主軸部件不同，電主軸最突出的問題之一是內(nèi)藏式高速主電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱。 圖 43 主電動(dòng)機(jī)位于后軸承之后的電主軸 用于銑鏜類高速加工中心的電主軸運(yùn)轉(zhuǎn)中的發(fā)熱問題始終是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。但整個(gè)主軸單元的軸向尺寸較大，常用于小型高速數(shù)控機(jī)床，尤其適合于模具型腔的高速精密加工。 3.冷卻水套 9.角接觸陶瓷球軸承 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 24 圖 42 GD2型電主軸 （ 2） 主電動(dòng)機(jī)置于主軸后軸承之后，如圖 43 所示，即主軸箱和主電動(dòng)機(jī)作軸向的同軸布置 (有的用聯(lián)軸節(jié) )。 電主軸的結(jié)構(gòu)布局 根據(jù)主電動(dòng)機(jī)和主軸軸承相對(duì)位置的不同，高速電主軸有兩種布局方式： （ 1） 圖 42 所示是 GD2 型高速電主軸，也是一般電主軸的基本結(jié)構(gòu)形式。前者主要用于航空、航天等工業(yè)加工輕合金、復(fù)合材料和鑄鐵等零件：后者主要用于模具制造、汽車工業(yè)中高強(qiáng)度鋼或耐熱合金等難加工材料和鋼件的高效加工。電主軸通常裝備在高速加工中心上，在設(shè)計(jì)電主軸時(shí)要根據(jù)用戶的工藝要求，采用典型零件統(tǒng)計(jì)分析的方法來確定這些參數(shù)。 (3)主軸前軸頸直徑和前后軸承的跨距等。 圖 41 熱傳導(dǎo)有限元分析結(jié)構(gòu) 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 23 電主軸的主要參數(shù) (1)主軸最高轉(zhuǎn)速和恒功率轉(zhuǎn)速范圍 。 圖 41 是對(duì)某電主軸在額定功率 38kW、額定轉(zhuǎn)速 800r/min 下達(dá)到熱平衡 時(shí)熱傳導(dǎo)有限元分析的結(jié)果。水套用熱阻較小的材料制造，套外環(huán)加工有螺旋水槽，電機(jī)工作時(shí)，水槽里通入循環(huán)冷卻水，為加強(qiáng)冷卻效果，冷卻水的入口溫度應(yīng)嚴(yán)格控制，并有一定的壓力和流量。 從以上分析可以看出，為改善電主軸的熱特性，電機(jī)冷卻必不可省。 除了電機(jī)的發(fā)熱之外，主軸軸承的發(fā)熱也不容忽視，引起軸承發(fā)熱的因素很多，也很復(fù)雜，主要有滾子與滾道的滾動(dòng)摩擦、高速下所受陀螺力矩產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦、潤滑油的粘性摩擦等。電機(jī)的發(fā)熱主要有定子繞組的銅耗發(fā)熱及轉(zhuǎn)子的鐵損發(fā)熱，其中定子繞組的發(fā)熱占電機(jī)總發(fā)熱量的三分之二以上。 圖 32 增重法 4 電主軸的關(guān)鍵技術(shù)研究 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 22 高速電主軸的熱穩(wěn)定性問題是該類主軸需要解決的關(guān)鍵問題之一。增重法是近年來某些主軸電機(jī)制造商為適應(yīng)高速主軸發(fā)展的需要，在開發(fā)出商品化的無框架主軸電機(jī) (Frameless spindle motor)上常采用的方法。小型主軸和普通電機(jī)常采用去重法。對(duì)于這種等級(jí)的動(dòng)平衡要求，采用常規(guī)的方法僅在裝配前對(duì)主軸的每個(gè)零件分別進(jìn)行動(dòng)平衡是不夠的，還需在裝配后進(jìn)行整體精確動(dòng)平衡，甚至還要設(shè)計(jì)專門的自動(dòng)平衡系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)主軸在線動(dòng)平衡，以確保主軸高速平穩(wěn)運(yùn)行。 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 21 電主軸的動(dòng)平衡技術(shù) 由于不平衡質(zhì)量是以主軸的轉(zhuǎn)速二次方影響主軸動(dòng)態(tài)性能的，所以主軸的轉(zhuǎn)速越高，主軸不平衡量引起的動(dòng)態(tài)問題越嚴(yán)重。確定階梯套基本過盈量時(shí)，除了根據(jù)所受載荷計(jì)算需要過盈量外，還需考慮以下因素對(duì)過盈連接強(qiáng)度的影響： ① 配合表面的粗糙度； ② 連接件的工作溫度與裝配溫度之差，以及主軸與過盈套材料線脹系數(shù)之差； ③ 主軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，過盈套所受到的離心力會(huì)引起過盈套內(nèi)孔的擴(kuò)張，導(dǎo)致過盈量減少，當(dāng)主軸材料和過盈套的材料泊凇比、彈性模量和密度相差不大時(shí)，過盈量的修正值與主軸轉(zhuǎn)速的平方成正比，例如，當(dāng)配合處直徑為 66mm，主軸內(nèi)孔為 25mm，過盈套外徑為 ，傳遞扭矩為 85Nm，轉(zhuǎn)速為 1000r/min 時(shí)，離心力引起的過盈量減小值僅為 ；而當(dāng)轉(zhuǎn)速為 18000r/min 時(shí)，該值可達(dá) ； ④ 重復(fù)裝卸會(huì)引起過盈量減??；⑤ 結(jié)合面形位公 差對(duì)過盈量的影響等。軸承的定位元件與主 軸不宜采用螺紋連接，電機(jī)轉(zhuǎn)子與主軸也不宜采用鍵連接，而普遍采用可拆的階梯過盈連接。實(shí)施環(huán)下油或者油氣潤滑時(shí)，潤滑油或油氣從軸承的內(nèi)圈噴入潤滑區(qū)，在離心力的作用下潤滑油更易于到達(dá)軸承潤滑區(qū)，因而比普通的噴射潤滑和油氣潤滑 效果好，可進(jìn)一步提高軸承的轉(zhuǎn)速，如普通油氣潤滑，角接觸陶瓷球軸承的do 值為 106 左右，采用加大油氣壓力的方法可將 do 值提高到 106 ，而采用環(huán)下油氣潤滑則可達(dá)到 106 。 噴射潤滑是直接用高壓潤滑油對(duì)軸承進(jìn)行潤滑和冷卻的，功率消耗較大，成本高，常用在 do 值為 106 以上的超高速主軸上。一般地講，增大空氣流量可以提高冷卻效果，而提高油氣壓力，不 僅可以提高冷卻效果，而且還有助于潤滑油到達(dá)潤滑區(qū)，因此，提高油氣壓力有助于提高軸承的轉(zhuǎn)速。油氣始終處于分離狀態(tài)，這有利于潤滑油的回收，而對(duì)環(huán)境卻沒有污染。 油氣潤滑是將少量的潤滑油不經(jīng)霧化而直接由壓縮空氣定時(shí)、定量地沿著專用的油氣管道壁均勻地被帶到軸承的潤滑區(qū)。 do 值在106 以上的主軸，多采用油潤滑的方式，其中油霧潤滑是將潤滑油 (如透平油 )經(jīng)壓力空氣霧化后對(duì)軸承進(jìn)行潤滑的。 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 19 技術(shù) 主軸軸承常見的潤滑方式有脂潤滑、油霧潤滑、油氣潤滑、噴射潤滑及環(huán)下潤滑等 。空氣動(dòng)靜壓軸承徑向剛度低并有沖擊，但高速性能好，一般用在超高速、輕載、精密主軸上。磁懸浮軸