【正文】 圖212 防塵蓋圖前軸承端蓋如圖213所示，端蓋主要的作用是為了是軸承有軸向定位的，使軸承相對(duì)軸具有正確的位置。圖210 夾具圖外殼如圖211所示，電主軸的外殼也是很重要的零件，因?yàn)?，電主軸的冷卻系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)都是設(shè)計(jì)在外殼上的，并且定子也是和外殼相連接，鍵槽也是開在外殼上，所以外殼是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。圖28 電主軸裝配圖主軸如29所示，主軸是電主軸的關(guān)鍵零件，它的加工精度直接影響整個(gè)電主軸的加工工件的精度，它的疲勞強(qiáng)度也是設(shè)計(jì)應(yīng)該校核的重點(diǎn)，因此第四章給出了其anysy分析，對(duì)主軸進(jìn)行了虛擬仿真?？傃b配圖如圖27所示，內(nèi)圓磨床電主軸與砂輪的裝夾是通過螺紋鏈接的，摩擦力和螺紋預(yù)緊力正好相同，因此，達(dá)到越磨越緊的效果，使砂輪有較好的裝配精度。件（19）為循環(huán)油管的進(jìn)油接頭和出油接頭，其主要作用是形成既可以潤(rùn)滑又可以起到冷卻循環(huán)油路系統(tǒng)。件（11）和件（12）是轉(zhuǎn)子和定子，其主要是形成軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。件（8）是堵頭，其主要作用是防止?jié)櫥吐冻?。曲路密封蓋（件2）擰緊在轉(zhuǎn)軸上，與密封蓋之間形成迷宮密封，也是為了保持主軸軸承內(nèi)部潔凈并且防止漏油。最左端的保護(hù)蓋（件4）為保護(hù)件，以防灰塵進(jìn)入軸承內(nèi)部。 電主軸的機(jī)械結(jié)構(gòu)并不算復(fù)雜，但由于其應(yīng)用于高速精密加工，故對(duì)其高速工況的運(yùn)轉(zhuǎn)精度有很高的要求，相應(yīng)地對(duì)制造工藝要求也比較嚴(yán)格，另外，設(shè)計(jì)中還必須考慮內(nèi)置電動(dòng)機(jī)散熱、 高速主軸的動(dòng)平衡、主軸支承方式、軸承預(yù)緊方式及軸承潤(rùn)滑等技術(shù)難題。根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)得：所以軸的臨界轉(zhuǎn)速為：因?yàn)檩S的轉(zhuǎn)速所以不會(huì)產(chǎn)生劇烈震動(dòng)而破環(huán)機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得，主軸的臨界轉(zhuǎn)速公式： (26)在所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)中。主軸力的簡(jiǎn)圖如圖23所示：圖23 主軸受力結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖由靜力平衡方程，求得支反力：， =做出剪應(yīng)力圖和彎矩圖，如圖24,25所示：圖23 主軸受力結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖24 剪應(yīng)力圖圖25 彎矩圖所以，最大彎矩為：M=5880Nmm根據(jù)扭矩公式: =9550000 ，得：=9550000=1500Nmm產(chǎn)生的扭矩為=*d/2=150*15=2250 NmmT=+=1500+2250=3750 Nmm 對(duì)于空心軸，W= , ，代入公式，可得：W=根據(jù)第三強(qiáng)度理論公式 ，得，因?yàn)檫x用的是40Cr，所以=60。首先，應(yīng)確定磨削時(shí)的磨削力，而且磨削時(shí)軸主要受的力為切向力和法向力，因此查資料得，磨削力的經(jīng)驗(yàn)公式為： （24） （25）查表可知各個(gè)參數(shù)得，， 。主軸自己的剛度與支承跨度成反比，即主軸軸徑，懸身量確定以后，跨距越大，主軸端部變形越大，主軸彈性變形引起的主軸端部變形，則隨著跨度的增大而減小，跨度越大，軸承剛度對(duì)主軸的影響越小。主軸的支撐跨度是指兩支撐支反力作用點(diǎn)之間的距離，是影響主軸組件剛度的重要參數(shù)。圖21 主軸3維建模平面圖圖22 主軸3維建模立體圖主軸前段懸身量是指主軸定位基面至前支撐徑向支反力作用點(diǎn)之間的距離。軸向零件的圓角和倒角尺寸可見零件圖。所以此軸段的直徑為36mm。對(duì)于這段軸的左端動(dòng)平衡塊與軸肩之間留出1mm的熱變形余量，為了對(duì)平衡快進(jìn)行軸向的定位，左端的軸肩高度h＝3mm，此時(shí)軸肩的直徑為36mm。從而得出與軸承配合軸段的長(zhǎng)度。為了提高其運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的精度采用雙聯(lián)軸承配置。表2－3 軸承參數(shù)軸承代號(hào)DDB額定載荷Cr(KN)a極限轉(zhuǎn)（r/min）脂 油B7006C/HQ1P430551315176。因此，前端的軸承選擇的類型為B7006C/HQ1P4。根據(jù)電主軸的實(shí)際情況，其極限轉(zhuǎn)速比較高，而且同時(shí)有軸向載荷和徑向載荷的作用所以在本次設(shè)計(jì)中所選用的軸承是角接觸球軸承。在此次設(shè)計(jì)中軸的材料選用40Cr查表的＝110，由原始條件的功率為P=,轉(zhuǎn)速為36000r/min代入上述公式(21)得：考慮到實(shí)際工作條件和可靠性的要求在此設(shè)計(jì)中取軸的最小直徑為25mm。對(duì)于電主軸由于其高速運(yùn)轉(zhuǎn)，所以要求所用材料具有良好的耐磨性。對(duì)于不大重要的軸，也可以作為最后計(jì)算結(jié)果。 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算這種方法是只按軸所受的扭矩來計(jì)算軸的強(qiáng)度；如果還受有不大的彎矩時(shí)，則用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的辦法予以考慮。具體過盈量一方面可以查閱相關(guān)的手冊(cè)，另一方面可以參考相關(guān)的設(shè)計(jì)?？紤]它們之間安裝順序根據(jù)實(shí)際的情況可以是兩端軸承固定支承，軸上從左向右依次裝上平衡塊，定子，平衡塊。所謂的裝配方案，就是軸上主要零件的裝配方向，順序和相互關(guān)系。其次砂輪軸系必須滿足機(jī)床的性能要求，適應(yīng)工作條件，性能可靠，此外還應(yīng)適應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊，成本低，效率高和操作維護(hù)方便以及具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。根據(jù)不同的轉(zhuǎn)速，預(yù)緊力會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)，阻尼作用可用來降低軸承的振動(dòng)水平。通過直接或間接測(cè)得軸端的伸長(zhǎng)量，相應(yīng)控制機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，由數(shù)控系統(tǒng)在主軸軸向進(jìn)行補(bǔ)償。由于熱膨脹和轉(zhuǎn)速的影響，電主軸在高速時(shí)會(huì)產(chǎn)生百分之幾的軸向位移，即降低了加工精度。刀具的夾緊與松開也配備了自動(dòng)控制的氣壓或液壓裝置。電主軸屬高科技產(chǎn)品，其自動(dòng)化程度越來越高。m。德國(guó) GMN 公司提供的產(chǎn)品樣本上，電主軸的最高轉(zhuǎn)速為180000r/min ,國(guó)內(nèi)洛陽軸承所也有轉(zhuǎn)速為 150000r/min 的電主軸產(chǎn)品供應(yīng)。對(duì)于電主軸的動(dòng)平衡要求， 級(jí)，即在最高轉(zhuǎn)速時(shí)，由殘余動(dòng)不平衡量引起的振動(dòng)速度最大允許值為 。不但要求各零部件各自進(jìn)行動(dòng)平衡，而且裝配后還要進(jìn)行整體動(dòng)平衡，在裝夾或更換刀具后，對(duì)刀具也要進(jìn)行動(dòng)平衡。 (3) 動(dòng)平衡 由于電主軸的轉(zhuǎn)速很高，因此即使微小的動(dòng)不平衡量，也會(huì)產(chǎn)生很大的離心力，引發(fā)振動(dòng)。電主軸生產(chǎn)廠家向用戶提供的技術(shù)資料中都對(duì)安裝在電主軸上的刀具重量、長(zhǎng)度、直徑及刀具的不平衡量有明確的限制。因此臨界轉(zhuǎn)速?zèng)Q定著電主軸的最高工作轉(zhuǎn)速，影響著電主軸的振動(dòng)水平，臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算與研究是電主軸設(shè)計(jì)的必要環(huán)節(jié)。由于轉(zhuǎn)軸是連續(xù)質(zhì)量分布系統(tǒng)，因此在理論上有無限多個(gè)臨界轉(zhuǎn)速。預(yù)緊力增大時(shí)，軸承的軸向及徑向剛度均增大；而轉(zhuǎn)速升高時(shí)，傳統(tǒng)上都認(rèn)為軸承剛度降低，即所謂的剛度軟化。電主軸長(zhǎng)度相對(duì)較短，長(zhǎng)徑比較小，軸端懸伸長(zhǎng)度也較短，因此，軸本身的剛度與支承部位的總剛度（包括軸承及軸承座的剛度）處于同一量級(jí)，軸承的剛度變化將直接影響電主軸的剛度。剛度的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：其中F：載荷；δ：變形。(1) 剛度和精度電主軸的剛度包括徑向剛度與軸向剛度，是以軸端的測(cè)量值來表示的。 追求優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能是研發(fā)高速電主軸最根本的目標(biāo)，動(dòng)態(tài)性能的好壞是衡量電主軸質(zhì)量的最重要指標(biāo)。（3）大幅度降低了潤(rùn)滑油的耗量。油霧潤(rùn)滑方式的優(yōu)點(diǎn)可以概括為：（1）油霧能隨壓縮空氣彌散到所有需要潤(rùn)滑的磨擦部位。而對(duì)于角接觸陶瓷球軸承轉(zhuǎn)速比較高，如果采用普通油氣潤(rùn)滑，將造成潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，軸承不易標(biāo)準(zhǔn)化，裝配困難。環(huán)下潤(rùn)滑是一種改進(jìn)的潤(rùn)滑方式，分為環(huán)下油潤(rùn)滑和環(huán)下油氣潤(rùn)滑。脂潤(rùn)滑不需任何附加設(shè)備，但只用于低速場(chǎng)合。具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、動(dòng)態(tài)特性好等優(yōu)點(diǎn),并改善了機(jī)床的動(dòng)平衡,避免振動(dòng)和噪聲,在超高速機(jī)床中得到了廣泛的應(yīng)用。通電后直接帶動(dòng)主軸運(yùn)轉(zhuǎn)。所有的電主軸均采用矢量控制技術(shù),可以在低轉(zhuǎn)速時(shí)輸出大扭矩。如瑞士米克朗公司,就是世界上著名的精密機(jī)床制造商。這些控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)子自動(dòng)平衡系統(tǒng)、軸承油氣潤(rùn)滑與精密控制系統(tǒng)、定轉(zhuǎn)子冷卻溫度精密控制系統(tǒng)、主軸變形溫度補(bǔ)償精密控制系統(tǒng)等。 （3）精密加工與精密裝配工藝水平高。（2）采用高速、高剛度軸承。著名的有瑞士的Fisher公司、Ibag公司、德國(guó)的GMN公司、Hofer公司、Siemens公司、意大利Faemat公司、Gamfior公司及美國(guó)Ingersoll公司、日本Okuma公司和Fanuc公司等,它們的技術(shù)水平代表了這個(gè)領(lǐng)域的世界先進(jìn)水平。該系列產(chǎn)品具有高精度、高剛度、高速度、低噪聲、低振動(dòng)、低溫升等優(yōu)點(diǎn),系99國(guó)家火炬計(jì)劃項(xiàng)目?！?5kW,恒功率段1500～12000r/min。在我國(guó)的安陽市,有一家中外合資的電主軸生產(chǎn)廠家——安陽萊必泰機(jī)械有限公司,它擁有先進(jìn)的電主軸、機(jī)床主軸設(shè)計(jì)和制造技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)研究高速電主軸的科研機(jī)構(gòu)有我國(guó)河南省洛陽軸承研究所,他們能自行研究開發(fā)電主軸,其dmn值達(dá)到了很高的水平；廣州鉅聯(lián)高速電主軸有限公司研發(fā)的大功率靜壓軸承電主軸曾獲得日內(nèi)瓦國(guó)際專利技術(shù)博覽會(huì)金獎(jiǎng)；廣東工業(yè)大學(xué)高速加工和機(jī)床研究所也開發(fā)了數(shù)控銑床高速電主軸。高精度硅片切割機(jī)用電主軸,促進(jìn)了電子工業(yè)設(shè)備的更新和進(jìn)步。此外,食品工業(yè)的固體飲料；染化工業(yè)的染料；醫(yī)藥工業(yè)的藥品等粉狀和粒狀物質(zhì)均需用高速離心干燥技術(shù)來生產(chǎn),而高速離心干燥設(shè)備也需要高速電主軸技術(shù)。20世紀(jì)70年代后期至80年代,隨著高速主軸軸承的開發(fā),研制了高剛度、高速電主軸,它被廣泛應(yīng)用于各種內(nèi)圓磨床和各個(gè)機(jī)械制造領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)電主軸的研究始于20世紀(jì)60年代,主要用于零件內(nèi)表面磨削,這種電主軸的功率低,剛度小。我國(guó)的高速電主軸技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家有不小的差距，研究工作剛剛起步，應(yīng)加大對(duì)這方面研究的投入。高速機(jī)床是實(shí)現(xiàn)高速加工的關(guān)鍵設(shè)備，高速電主軸作為高速機(jī)床的核心部件，是高速技術(shù)的體現(xiàn)，它的開發(fā)為機(jī)床高速化提供了必要的技術(shù)準(zhǔn)備。單元技術(shù)包括高速主軸、高速進(jìn)給系統(tǒng)、高速CNC控制系統(tǒng)等?，F(xiàn)在，世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都把生產(chǎn)高速機(jī)床作為其重要的