1. 研究目的与意义

装备工业的技术水平和现代化程度决定这整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备更是发展高新技术产业和尖端工业的重要基础，随着制造业的发展，对高速立式加工中心的要求的也越来越高，而主轴箱是高速立式加工中心的核心部件，它是由主轴电动机、主轴传动系统及主轴组件组成。和常规机床主轴系统相比，加工中心主轴系统要具有更高的转速、回转精度以及更高的结构刚性和抗振性。

高速立式加工中心是现代制造业普遍使用的先进制造设备。其主轴箱的设计更是其关键的组成部分。主轴箱结构和性能在一定程度上体现了并且影响了加工中心的生产效率，因此如何合理的设计主轴箱组件有着很重要的工程意义。

2. 课题关键问题和重难点

在机床的众多零部件中，主轴箱是一台机床的核心部件。现在的主轴箱普遍使用一根传动轴带动多根传动轴的工作方式，而各轴的设计又必须保证轴的强度、刚度和回转精度，因此设计较为困难。主轴箱的结构与机床的整体性能有着不可分割的联系，因此提高主轴箱的机械特性尤为重要。

本课题的主要问题在于：传动系统的设计；传动系统静、动态平衡设计；主轴箱的结构设计与优化；主轴的设计与优化以及润滑系统和冷却系统。

本课题的主要难点在于：电主轴的结构布局；电主轴的动平衡设计；传动系统的设计与优化；轴承的选用；电主轴的机构设计；电主轴与轴承的润滑与冷却。

3. 国内外研究现状（文献综述）

随着机床技术以及高速切削技术的发展，越来越多的工件需要更高速，精度更高的机床来加工制造，对机床电主轴的性能要求也越来越高，目前国外代表这个领域的世界先进水平的企业主要有如下几家：德国的gmn、瑞士的ibag、美国的setco、意大利的omlet和gamfior。这些公司生产的电主轴与国内生产的电主轴相比有着更大的优势，对于高速加工中心，国外机床在进给驱动上，滚珠丝杠驱动的加工中心快速进给大多在 以上，最高已达到 。采用直线电机驱动的加工中心已实用化，进给速度可提高到 ，其应用范围不断扩大。国外高速加工中心主轴转速一般都在 ，由于某些机床采用磁浮轴承和空气静压轴承，预计转速上限可提高到 。国外先进的加工中心的刀具交换时间，目前普遍已在 左右，高的已达 ，甚至更快。在结构上，国外的加工中心都采用了适应于高速加工要求的独特箱中箱结构或龙门式结构。在加工精度上，国外卧式加工中心都装有机床精度温度补偿系统，加工精度比较稳定。国外加工中心定位精度基本上按德国标准验收，行程 以下，定位精度可控制在 之内。此外，为适应未来加工精度提高的要求，国外不少公司还都开发了坐标镗精度级的加工中心。

国内生产的高速加工中心快速进给大多在 左右，个别达到 。而直线电机驱动的加工中心仅试制出样品，还未进入产量化，应用范围不广。国内高速加工中心主轴转速一般在 ，定位精度控制在 之内，重复定位精度控制在 之内。在换刀速度方面，国内机床多在 ，无法与国际水平相比。总结来说国外的加工中心与国内的相比:①国外生产的电主轴功率更大大、转速也更高。②国外采用高速、高刚度轴承，而在国内这种轴承却使用较少③国外的精密加工与精密装配工艺水平高，而国内的技术还不成熟。④与国内相比，国外的配套控制系统水平较高。

国内从事电主轴研究与生产的企业总体上来说与国外上述公司相比在产品研发以及技术的创新能力上不具有优势，但是国内的企业具有相对的成本优势。

4. 研究方案

主轴组件需做到高的旋转精度、高刚度、高抗振性、良好的温升和热变形性能、高的精度保持性。要做到这些，首先，根据统计设计，初选主轴直径；其次，选择主轴跨径；再次，进行主轴组件的结构设计，根据结构要求修正已得数据；最后，经行验算并根据验算结果对设计进行必要的修改。

计算主轴的时的主要尺寸参数为主轴的直径、内空直径、悬伸长度和支承跨径。主轴材料通常采用45钢、gcr15等，经过渗氮和淬火热处理。

主轴滚动轴承的选择为主轴组件要求其滚动轴承不仅要能承受径向载荷，而且需要承受两个方向的轴向载荷的推力轴承。轴承的类型与型号的选择应根据主轴组件的刚度、承载能力、转速、抗振性以及结构来合理选择。

5. 工作计划

第1周： 完成英文翻译，提交英文翻译给指导老师批阅。英文翻译经指导老师批阅合格并确认后，译文和原文均上传至毕业设计管理系统。译文封面用标准模板。第2周： 査阅文献资料，撰写开题报告。第3周： 完成开题报告，经指导老师批阅合格并确认后，上传至毕业设计管理系统。开题报告封面用标准模板。拟定立式加工中心主轴箱的设计方案。第4周： 完成主轴箱设计的相关计算工作，并开始绘制装配草图。第5周： 绘制立式加工中心主轴箱的装配图。第6周： 中期检査，在毕业设计管理系统上完成中期检査报告的填写。完成立式加工中心主轴箱的装配图。第7周： 完成典型零部件的设计图。第8周： 完成主轴箱零部件的三维模型。第9周： 将所建主轴箱的三维模型进行装配，并检查设计的合理性。第10周： 完成毕业设计报告(论文)的撰写，提交给指导老师批阅和确认。第11周： 上传毕业设计报告(论文)和附件至毕业设计管理系统。封面用标准模板。第12周： 评阅、成果验收，规范化检查。第13周： 答辩评分。