摘 要

数控机床是现代社会制造业最重要的设备，是体现高端机床技术水平、自动化机械制造业工艺水平的主要标志，是关系国家发展、国防建设的重要战略资源。因此世界上大多数工业发达的国家都采取重要措施来发展属于自己的数控技术及其衍生产业

目前国内外的学者和有关企业都在研究发展动载轴承的专用试验台和相关配套技术，并且开发了相关的试验台。但是工业生产中轴承的运行状况差别很大，现有的试验台不能满足所以的试验要求，因此我们需要设计新的主轴部件支承特性试验台及轴向的加载系统。

现以数控铣床为样例，研究其主轴和部件以及加载系统，为以后设计数控机床积累经验。本文提出了以液压系统作为加载装置的机床主轴部件性能试验方案,搭建了主轴性能试验台。围绕着如何模拟机床主轴真实的受载状况，不给主轴施加任何多余的约束，进行试验台的机械结构设计和加载系统的设计。

关键词：数控铣床 支承系统 轴向加载系统 设计

Abstract

In order to reflect the actual working conditions of high-speed motorized spindle accurately, and text the reliability of the spindle, the paper design a set of simulated system simultaneously suffered the spindle torque, radial force and axial force loading, which use electric dynamometer to achieve the torque loading, contactless shaker to achieve radial loading, the solenoid designed to achieve axial loading. The system not only completes the dynamic loading of the spindle, but also detects the basic performance parameters and fault indicators parameter of the spindle in the loading process. And it collects failure data, draws the curves of fault data and makes reliability analysis, improving the reliability of the spindle. This paper designs the loading text of the spindle whose maximum speed is 18000rpm and electric power is 22Kw, which proposing a new method for the reliability of spindle.

This design has carried on the analysis to the above questions, the primary coverage is as following:

1. Reviewed the reliability and the reliability of spindle.

2. The introduction of spindle's structure and principle and calculating the stress of the used spindle.

3. The design for spindle loading：the torque loading ,the radial and axial loading.

4. The design of motorized spindle test and control system and the choosing of corresponding equipment.

5. Other auxiliary parts design such as electric spindle supporting institution, and finishing its whole structure design.

Key words: High-speed motorized spindle; Reliability;Contactless loading;Design

目 录

摘 要 III

Abstract IV

第1章 绪论 1

1.1 试验台研究的目的与意义 1

1.2 国内外主轴试验台的研究现状 2

1.3 主轴加载系统的发展 5

1.4 本文的主要内容 6

第2章 主轴部件支承特性试验台总体方案设计 7

2.1试验台的设计 7

2.1.2试验台总体结构 7

2.1.2试验台架的设计 8

2.1.3轴承的选择 9

2.2主轴部分的设计 10

2.2.1主轴的基本要求 10

2.2.2 主轴的材料及热处理 12

2.2.3主轴组件的结构简图 12

2.2.4主轴支承部件设计 13

2.3主轴驱动的方式 14

2.3.1电机的类型 14

2.3.1电机的选择 14

2.3.2联轴器的选择 15

第3章 轴向加载装置的设计 17

3.1 主轴加载方式的选择 17

3.2 加载系统的工作原理 17

3.3 液压加载系统的设计 17

3.4 液压缸的设计 18

第4章 结论 21

致 谢 22

参考文献 23

第1章 绪论

1.1 试验台研究的目的与意义

数控机床是所谓数字控制机床（Computer numerical control machine tools)的简称，是一种在机床控制系统内装上程序控制的自动化机床，它体现了现代化高端机床控制技术的发展方向。进入到21世纪以来，研究并提高数控机床的加工性能已经刻迫在眉睫。

热误差是影响高速数控机床加工精度的主要原因，而主轴工作时产生的热量已经与部件摩擦产生的热量是机床最大的产热源。主轴受热变形将直接改变机床的总体性能，降低数控机床的加工精度，损坏加工零件的表面质量。如何保证数控机床在高速、持续性、大批量工作的条件下仍然保持要求的精度和零件表面质量，是我们现在主要关心和研究的课题。

减小数控机床热加工误差的主要措施有：改进机床的材料和设计结构，便于散热；控制数控机床核心部件的温度变化；创建机床温度场与热误差之间的模型，并通过一系列措施进行补偿。

总之，要提高数控机床的加工精度就必须研究主轴及部件热误差的产生机理和原因。