高精度車銑復合機床電主軸部件設(shè)計含3張CAD圖.zip,高精度,復合,機床,主軸,部件,設(shè)計,CAD 高精度車銑復合機床電主軸系統(tǒng)設(shè)計 附錄 1：外文翻譯 具有標準運動能力的智能臺式數(shù)控機床 摘要：提出了一種新型的帶有小曲面的金屬模具的新型數(shù)控機床。數(shù)控機床由三個單軸機器人組 成。連接到 z 軸頂端的工具是球形研磨工具。數(shù)控機床的控制系統(tǒng)由一個力反饋回路、位置反饋回路和位置前饋線組成。力反饋回路控制著工具接觸力和動摩擦力的拋光力。位置反饋回路控制在選擇方向上的位置。此外，該位置前饋環(huán)將刀具位置信息與刀具位置數(shù)據(jù)進行了分析。摘要為了將傳統(tǒng)工業(yè)機器人的應(yīng)用極限，應(yīng)用到一個非機械性的任務(wù)中，通過簡單的位置/力的測量， 我們評估了在研磨工具尖端的位置不準確的反作用力。通過對一種透鏡模型的測量和表面控制實驗，證明了具有高分辨率的基本的位置/力控制能力。 關(guān)鍵詞：臺式數(shù)控機床、模具制造、FI 小曲面、CAD/CAM、順應(yīng)運動、螺旋路徑 1 引言 到目前為止，已經(jīng)設(shè)計了多種拋光系統(tǒng)和機器人系統(tǒng)，根據(jù)不同的用戶需求和各個工業(yè)領(lǐng)域所需的機床規(guī)格，報道了以下兩項專題研究。一種是主從式控制機器人來支持拋光金屬工件的加工方法，另一個是機器人應(yīng)用混合位置/力的金屬旋壓系統(tǒng)控制器。 另外，長谷川和山崎已經(jīng)開發(fā)了一個拋光機器人，可以用來制作寵物瓶的吹制模具。摘要提出了一種具有順應(yīng)性控制能力的新型桌面 nc 機床，它具有一種具有小曲面的金屬模具。數(shù)控機床由三個單軸機器人組成。連接到 z 軸頂端的工具是球形的研磨工具。數(shù)控機床的控制系統(tǒng)是由一個力反饋回路、位置反饋回路和位置前饋回路組成的。力反饋環(huán)控制著由工具接觸力和動摩擦力組成的拋光力。位置反饋回路控制選擇方向的位置。此外，正向前饋線在刀具定位數(shù)據(jù)(CL 數(shù)據(jù))上引導工具提示。預計數(shù)控機床在模具上采用約 0.3 千層的表面處理，使表面具有高質(zhì)量的表面效果。摘要為了將傳統(tǒng)工業(yè)機器人的應(yīng)用范圍限定為一件不合格的任務(wù)，我們通過簡單的位置/ 力的測量，評估了在磨具工具尖端引起位置誤差的反作用。通過對透鏡模型的相似測量和表面跟蹤控制實驗，證明了該數(shù)控機床的基本/受力控制能力。 2 工業(yè)機器人的局限性 在此基礎(chǔ)上，對基于工業(yè)機器人的機器人伺服系統(tǒng)進行了有效剛度、有效位置的解析和力的解析。有效剛度指的是整體剛度，包括由工業(yè)機器人本身組成的特性，力傳感器、附件、磨料磨具、工件、曲折和地板。工業(yè)機器人使用的是 6 型。一個 6 自由度的緊力傳感器被連接到手臂的末端，一個硬的球端研磨工具通過 aservo 主軸連接到頂端。 圖 1 剛性球頭磨具的工業(yè)機器人位置與接觸力的靜態(tài)關(guān)系 圖 1 顯示了一個簡單的接觸實驗所獲得的位置和接觸力之間的關(guān)系。該位置的數(shù)量是磨刀尖上的 z 方向分量，由正運動學計算，利用內(nèi)部編碼器的關(guān)節(jié)角來計算。通過接觸鋁工件的工具尖端，得到了力的數(shù)量，并由力傳感器測量。當工具尖端接觸到工件時，在 0.01 微米以下的小操作變量不能產(chǎn)生有效的力測量，因此我們進行了實 驗，同時給出了最小分辨率的 0.01 毫米的壓印和 0.01 毫米的無壓運動。 在實驗中，工具尖端接觸到鋁工件的速度較低，在接觸工件之后。檢測到接觸力， 以每 0.01 毫米的速度壓在工件上。圖 1 中用黑色方塊畫的圖顯示了位置和接觸力的 關(guān)系。當?shù)都獾奈恢脼?0.3 毫米時，力約為 36 N，因此范圍內(nèi)的有效效果估計為 120 N/mm。在接觸運動之后，工具提示離開了工件一次，回到了 36 N 獲得的位置。在那之后，工具又以每 0.01 毫米速度松開。這張圖表顯示的是位置和接觸力的關(guān)系。從結(jié)果中可以看出，存在一個大的齒隙（0.1 毫米）。這個值幾乎與一般工業(yè)機器人的重復定位精度相同。這就是我們要用一個工業(yè)機器人來設(shè)計一個拋光系統(tǒng)必須考慮的問題，即一個力控制系統(tǒng)在誤差為 0.1 毫米位置不確定下接觸里為 1.2N。 3 具有順應(yīng)運動的數(shù)控機床 3.1 臺式數(shù)控機床的設(shè)計 圖 2 具有順應(yīng)運動的數(shù)控機床 圖 2 顯示了 3 個單軸機器人數(shù)控機床的發(fā)展，其位置分辨率為 1 m。該機床的大小分別為 850、645、700 米，單軸機器人是由 IAI 公司提供的高精度分辨率的位置控制設(shè)備，由一個底座、直線導軌、滾珠螺桿、交流伺服電機組成。在 x-y-z 方向上有效的劃劃是 400、300 和 100 毫米。為了適應(yīng)工具發(fā)展，在 z 方向機器人在工具和力傳感器之間使用了一個主軸電機。硬件框圖如圖 3 所示。 圖 3 由三個單軸機器人組成的數(shù)控機床硬件框圖 圖 4 顯示了采用剛性球頭磨具的數(shù)控機床的位置與接觸力之間的靜態(tài)關(guān)系。實驗在相同條件下進行，如圖 1 所示。觀察到，影響減少，有效剛度約為 30/0.2 = 150n /mm。另一方面，圖 5 顯示了使用彈性球端磨料工具時的關(guān)系。根據(jù)彈性磨料工具的性能，可以看出，有效剛度變化為 30/0.36 =83.3 N/mm?？梢钥闯觯摿刂葡到y(tǒng)的有效剛度很大程度上受所使用的磨料工具的影響。對于彈性磨具稱為橡膠磨具,力分辨率約 0.083 N，可以執(zhí)行的位置分辨率 1μm。 圖 4 采用剛性球頭磨具的數(shù)控機床的位置與接觸力之間的靜態(tài)關(guān)系 圖 5 在有彈性球端磨具的數(shù)控機床上位置與接觸力之間的靜態(tài)關(guān)系 3.2 螺旋軌跡的弱耦合控制。 圖 6 采用弱耦合的 CL 數(shù)據(jù)基混合位置/力控制器的框圖 刀尖是由平移速度控制的。通過 wv（k）=wvt（k）+wvn（k）+wvp(k) （1） t t 其中 k 表示離散時間;上標 W 表示工作坐標系。假設(shè)拋光力是接觸力和摩擦力的合力，同時也得到了 x、y 和 z 方向力傳感器測量的合力。圖 6 顯示了所提議的 CL 數(shù)據(jù)基混合位置/力控制器與弱耦合的框圖。首先，wv （k）是基于 CL 數(shù)據(jù)的前饋控制律生成的被操縱變量. wv （k）是切向速度，由 wvt（k）=Vtangent（k） （2） tangent n 其中 V （k）是一個速度范數(shù)。 是用 CL 數(shù)據(jù)計算的切向向量。另外，wv n （k）是由力反饋控制律生成的被操縱變量。wv （k）為正常速度。由 n normal d d wv （k）=V （k）wo （k），wo （k） （3） 其中是利用 CL 數(shù)據(jù)的方向分量計算的法向量。代表正常速度的標量 vnormal (k)是阻抗模型的輸出，它是由力控制律所給出的。 Vnormal（k）= + （4） f d 其中 Kf 為力反饋增益，阻抗參數(shù) Md 和 Bd 分別為期望質(zhì)量和阻尼系數(shù)。Δt 采樣時間。E (k)之間的誤差是理想的拋光力 F 和規(guī)范的 sF(k)∈?3 力傳感器測量, （1） 上標 S 表示傳感器坐標系。同時，Wvp(k)是由位置反饋控制律所產(chǎn)生的被操縱變 量。 （2） 開關(guān)矩陣 Sp = diag(Sx, Sy, Sz)使弱耦合控制的控制方向處于主動或非活動狀態(tài);Ep(k)= Wxd(k)?Wx(k)是位置誤差。所期望的位置 Wxd(k)是用 CL 數(shù)據(jù)計算的。 其中;Kp=diag(Kpx,Kpy,Kpz)和 Ki=diag(Kix,Kiy,Kiz)是位置反饋控制的比例和積分增益。 其次，考慮臨界阻尼情況，提出了一種利用數(shù)控機床有效剛度的阻尼調(diào)優(yōu)方法。當拋光力被控制時，力控制系統(tǒng)的特性可以根據(jù)所期望的質(zhì)量和阻尼等阻抗參數(shù)的組合而變化。為了提高力控制的穩(wěn)定性，需要適當?shù)卣{(diào)整所期望的阻尼，它對力控制穩(wěn)定性有很大的影響。Eq. 4 是由以下阻抗模型推導出來的 （7） 其F 分別是力控制方向上的加速度，速度和力標量， 分別是理想的加速度、速度和力。力控制是靈活的， 被設(shè)為 0，假設(shè) F 是數(shù)控機床力控制系統(tǒng)所給出的力，這個模型力 F=-B （8） 其中，Bm 和 Km 分別是數(shù)控機床的有效粘度和剛度系數(shù)。7 和 8 導致了下面的二階滯后系統(tǒng)。 （9） (9)的臨界阻尼情況導致。 （10） 用 10 計算所需阻尼的基本值。注意：在實際實驗中，給出了力控制系統(tǒng)的有效剛度。 4 實驗 在本節(jié)中，對所提出的數(shù)控機床的基本性能進行了評價，并對力控制系統(tǒng)和位置控制系統(tǒng)進行了評價。在數(shù)控加工后，使用塑料透鏡模具進行了 profi ling 控制實驗，如圖 7 所示。目標模具通常采用直徑和深度分別為 30 毫米和 5 毫米的形式加工。每個凹面區(qū)域都是軸對稱的，然而模具本身是軸對稱的。注意常規(guī)的自動非對稱系統(tǒng)不能處理這樣的軸對稱工件。 圖 7 在控制現(xiàn)場一條螺旋形的路徑 圖 8 位置控制結(jié)果沿著螺旋路徑 在實驗開始時，一個小的彈性球以 2 毫米/秒速度在端磨料工具接近加工部分的中心。當檢測到為 5n 后，工具提示開始沿著螺旋路徑開始，這是所需拋光力的 1/2。在彈性球端磨具的情況下，有效剛度 Km 估計為 30/0.36= 83.3 N/mm。所期望的質(zhì)量Md 和力反饋增益 Kf 分別設(shè)置為 0.01。此外，由于力控制系統(tǒng)的粘度很小，所以假定Kf Bm= 0。因此，10 導致 Bd = 0.183 N·s/mm。 其次，解釋了 x、y 和 z 方向的控制系統(tǒng)。通過反饋控制律對拋光力和 z 方向位置進行調(diào)節(jié)，并根據(jù) CL 數(shù)據(jù)對 x 方向和方向位置進行反饋控制。在 x-y 平面上觀察到的 CL 數(shù)據(jù)，這是理想的軌跡，形成了一個 0.8 毫米螺距的螺旋路徑。圖 8 顯示了位置控制結(jié)果，其中 x-y 平面在 4 毫米處的螺距約為 0.7 mm。這是由于當工具沿螺旋路徑上升時，由力反饋控制律所控制的變量逐漸產(chǎn)生 x 和 y 方向。換句話說，原因是只有 z 方向的位置被一個位置閉環(huán)控制，x 和 y 方向的位置通過力控制系統(tǒng)的約束，由力控制系統(tǒng)的操縱變量來修正，通過力控制系統(tǒng)的約束。同樣，z 方向位置通過一個微弱的閉環(huán)控制，利用 0.001 的小增益，使弱耦合對力反饋環(huán)是主動的。盡管在這種情況下,Z 方向上平均誤差約 2.7μm。因此得到了 z 方向位置的平均誤差。 （11） 其中 N 是 CL 數(shù)據(jù)中的總步數(shù)，即，“GOTO”語句的數(shù)量。 是 CL 數(shù)據(jù)第 n步的 z 方向分量， 為從編碼器獲得的工具尖端的 z 方向位置。k 是被 設(shè)置時的離散時間。 圖 9 拋光力的控制結(jié)果||S F(k)|| 圖 9 說明了拋光力的控制效果。在傳感器坐標系中，以上第二和第三網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)顯示 X，Y 和 Z 向力傳感器坐標系。下圖顯示規(guī)范| | S F | |。從 S 和 FX 中可以看出， 由于沿螺旋路徑的位置控制，力控制的方向經(jīng)常不同。同時，雖然 x- y 方向的力測量隨著工具的增加而增加，而 z 向力逐漸減小，||SF||可以很好地遵循參考值 10n。 5 結(jié)論 本文通過關(guān)節(jié)式六自由度工業(yè)機器人實驗，研究了位置和力的分辨率以及由此產(chǎn)生的有效剛度，此外，還考慮了改進的技術(shù)點，以開發(fā)一種新的非晶化系統(tǒng)，該系統(tǒng)可應(yīng)用于曲面的小工件。其次，結(jié)合單軸機器人設(shè)計了一臺分辨率為 1μm、分辨率為 0.083 N 的臺式數(shù)控機床。針對數(shù)控機床，提出了一種具有柔度控制的混合位置和力控制器，在此基礎(chǔ)上，可根據(jù)不同的非晶化策略選擇位置控制、力控制或弱耦合控制。 此外，我們還介紹了一種基于臨界阻尼情況下的期望阻尼的系統(tǒng)調(diào)諧方法，該方法考慮了工具尖端的位置與力之間的靜態(tài)關(guān)系。最后，在螺旋路徑上進行了一種軸向非對稱塑料透鏡模具的一種多軸對稱凹曲面的實驗，以評價其位置和力控制的特點。因此，提出的桌面數(shù)控機床具有理想的位置和力控制性能，適用于塑料透鏡模具的非晶化任務(wù)。在今后的工作中，我們計劃開發(fā)一個 1 毫米的小型球形磨料工具，并進一 步將所建議的系統(tǒng)應(yīng)用于有幾個小凹區(qū)域的 LED 透鏡模具的非晶化過程。凹面積的直徑為 4 毫米。 致謝：九州山口高技術(shù)企業(yè)發(fā)展基金會(KYUTEC)支持這項工作。 參考文獻 [1] Nakajima S.金屬模具拋光過程自動化（用日語）,塑料.2006,57（12）：39 – 42. [2] Arai.機器人金屬旋壓成形的非軸對稱使用武力控制的產(chǎn)品（日文）。J 機器人日 2006.24（1）： 140–145. [3] Nagata F, Hase T, Haga Z,等.一種模具拋光機器人的 CAD/ CAM 的位置/力控制器,機電一體化.2007,17(4 - 5):207 – 216. 附錄 2：外文原文 任務(wù)書 論文(設(shè)計)題目：高精度車銑復合機床電主軸部件設(shè)計 工作日期：2017年12月18日 ~ 2018年05月25日 1.選題依據(jù): 本題目源自企業(yè)實際課題，為工程設(shè)計類題目。 車銑復合電主軸部件要求采用西門子內(nèi)置主電機，帶C軸，電動機及軸承需要冷卻來控制溫度。 本題目研究領(lǐng)域為電主軸部件結(jié)構(gòu)設(shè)計。本設(shè)計可專業(yè)基礎(chǔ)知識可培養(yǎng)學生分析問題和解決問題能力，培養(yǎng)學生的工程設(shè)計能力，有較好地設(shè)計實踐意義。 2.論文要求(設(shè)計參數(shù)): 要求：主軸轉(zhuǎn)速最高3500r/min，主軸前端規(guī)格為A2－11，主軸通孔要達到直徑100以 上。 設(shè)計內(nèi)容為： 1.了解車銑復合機床的主要結(jié)構(gòu)和工作特點； 2.了解電主軸部件主要結(jié)構(gòu)和工作要求，提出設(shè)計方案。 3.相關(guān)參數(shù)計算和選擇（主電機的選擇及參數(shù)計算、主軸軸承的選擇及計算、主軸各 尺寸的確定及軸承跨度的計算等）； 4.電主軸部件三維結(jié)構(gòu)設(shè)計； 5.電主軸部件裝配圖設(shè)計； 6.電主軸關(guān)鍵零件設(shè)計； 7.編寫設(shè)計說明書（大于6000字）； 8.外文翻譯一篇（大于2000字）。 3.個人工作重點: 1.關(guān)鍵參數(shù)計算和選擇（主電機的選擇及參數(shù)計算、主軸軸承的選擇及計算、主軸各 尺寸的確定及軸承跨度的計算等）； 2.電主軸三維結(jié)構(gòu)設(shè)計和裝配工程圖表達。 4.時間安排及應(yīng)完成的工作: 第1周：下達設(shè)計任務(wù)，介紹設(shè)計內(nèi)容和具體要求。查閱文獻，了解課題。 第2周：撰寫開題報告和文獻綜述。 第3周：修改完善開題報告和文獻綜述。確定外文翻譯文章。 第4周：完成外文翻譯。開題答辯。 第5周：了解電主軸部件主要結(jié)構(gòu)和功能要求，提出本次設(shè)計方案。 第6周：相關(guān)參數(shù)計算和選擇（主電機的選擇及參數(shù)計算、主軸軸承的選擇及設(shè)計計算等 ） 第7周：相關(guān)參數(shù)計算和選擇（主軸各尺寸的確定及軸承跨度的計算等） 第8周：電主軸部件三維結(jié)構(gòu)設(shè)計。 第9周：電主軸部件三維結(jié)構(gòu)設(shè)計。中期檢查。 第10周：電主軸部件三維結(jié)構(gòu)設(shè)計。 第11周：電主軸部件裝配圖設(shè)計。第12周：電主軸部件主要零件設(shè)計。 第13周：整理設(shè)計資料，編寫設(shè)計說明書。第14周：修改完善設(shè)計說明書。準備答辯。 5.應(yīng)閱讀的基本文獻: 1.李德珍,李憲凱.五軸車銑復合加工技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].航空制造技術(shù),2009.6 2.夏煥金,蔡慧慧,韓林等.車銑復合加工技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].金屬加工（冷加工）,2011.11 3.黃友訓.數(shù)控車銑加工中心C軸編程方法[J].模具制造，2016.1 4.付春林.高端車銑復合加工中心的應(yīng)用[J].CAD/CAM與制造信息化，2008.4 5.石偉.立式車銑復合數(shù)控機床方案設(shè)計與運動分析[D].西安理工大學碩士學位論文 ，2006.3 6.王華僑,張穎,鐘志勝.數(shù)控車銑復合加工中心典型設(shè)備選型對比應(yīng)用（上）[J].金屬加工 （冷加工）,2012.11 7.郭秀英.大型臥式車銑復合加工中心技術(shù)[J].金屬加工（冷加工),2015.6 8.馬帥，傘紅軍，吳智恒等.高速電主軸技術(shù)綜述[J].機械制造，2014.5 9.嚴道發(fā).電主軸技術(shù)綜述[J].機械研究與應(yīng)用，2006，12 10.虞付進.電主軸技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢[J].機電工程，2003，12 指導教師簽字： XX 教研室主任意見： 同意 簽字：XX 2017年12月14日 教學指導分委會意見： 同意 簽字：XX 2017年12月15日 學院公章 進度檢查表 第 -4 周 工作進展情況 了解畢業(yè)設(shè)計題目高精度車銑復合機床電主軸系統(tǒng)設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容，如 ：內(nèi)置電機，軸承，軸套，編碼器等等，開始查閱有關(guān)電主軸、車銑復合機床、車銑復合加工技術(shù)的相關(guān)文獻，了解其概況發(fā)展趨勢，一共查閱16篇中 外文獻，對設(shè)計任務(wù)理解深刻。 2018年01月14日 指導教師意見 講解畢業(yè)設(shè)計任務(wù)要求，畢業(yè)設(shè)計工作安排要求和管理規(guī)定。本題目是與企業(yè)大機床合作實踐課題，與企業(yè)指導教師見面并講解具體參數(shù)和工作內(nèi)容。講解開題報告撰寫要求，文獻查閱方法，確定翻譯外文文獻。 指導教師(簽字)：XX 2018年04月14日 第 -2 周 工作進展情況 撰寫開題報告，主要內(nèi)容包括畢業(yè)設(shè)計題目，研究領(lǐng)域，發(fā)展概況，重點解決的問題，預期成果，研究方法，進度計劃以及文獻參考，文獻綜述這幾部分，然后經(jīng)過老師的仔細評閱，主要添加了電主軸的發(fā)展歷史以及趨勢 ，對任務(wù)做了更深入的理解。 2018年01月14日 指導教師意見 提交開題報告第一稿。各部分內(nèi)容完整，論述精晰，格式也較規(guī)范。文獻綜述論述思路清晰、論述也較全面。對畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容和工作重點理解的較全面、清晰，寫作能力較好。準備開題答辯。 指導教師(簽字)：XX 2018年04月14日 第 -1 周 工作進展情況 開題報告依然存在些許問題，完善了進度計劃以，細化了研究內(nèi)容，達到老師的要求，通過修改以及完善開題報告，理解里面的內(nèi)容，做好開題報告的答辯準備，并在指定時間完成答辯。 2018年01月14日 指導教師意見 開題報告修改后各部分內(nèi)容完整，格式符合規(guī)范。開題自述思路清楚、對所要開展的工作和工作重點了解得全面，工作進度安排合理可行。同意開題。 指導教師(簽字)：XX 2018年04月14日 第 1 周 工作進展情況 查找外文文獻并翻譯，查閱相關(guān)文獻論文了解電主軸的主要結(jié)構(gòu)和功能要求，提出簡要的設(shè)計方案。 2018年04月11日 指導教師意見 完成外文翻譯。學習掌握電主軸的相關(guān)基礎(chǔ)理論知識，提出設(shè)計方案 ，用機構(gòu)簡圖進行表達。 指導教師(簽字)：XX 2018年04月14日 第 3 周 工作進展情況 根據(jù)轉(zhuǎn)速通徑選擇電機的型號，確定電機尺寸并計算參數(shù)，再選擇軸承型號確定尺寸計算參數(shù)，計算主軸的各尺寸及軸承跨度，計算后并校驗其是否符合要求。 2018年04月11日 指導教師意見 完成了相關(guān)參數(shù)的計算和選擇。由于該題目源自企業(yè)實際課題，學習德國設(shè)計標準和設(shè)計公式。 指導教師(簽字)：XX 2018年04月14日 第 5 周 工作進展情況 根據(jù)選取的相關(guān)尺寸參數(shù)畫出簡單的二維圖，在老師指導下找出錯誤并修改二維圖，參考適合的箱體結(jié)構(gòu)畫出裝配圖，并用幾個圖表示出箱體的結(jié)構(gòu)，畫出軸的零件圖。 2018年04月11日 指導教師意見 進行了電主軸箱體二維圖設(shè)計。按進度進行，完成整體設(shè)計并給出尺寸標注。 指導教師(簽字)：XX 2018年04月14日 第 7 周 工作進展情況 修改二維圖的尺寸以達到題目的要求，對圖中錯誤的地方進行改正，完善后標記尺寸，完成標注，準備校核的相關(guān)內(nèi)容，三維圖由于修改了尺寸 ，現(xiàn)在進行改善結(jié)構(gòu)尺寸以達到要求。 2018年04月23日 指導教師意見 二維圖形修改后較完整，各部分結(jié)構(gòu)表達較全，格式也規(guī)范。同時整理設(shè)計資料，著手編寫設(shè)計說明書。 指導教師(簽字)：XX 2018年05月05日 第 8 周 工作進展情況 根據(jù)二維圖以及實際尺寸利用solidwork畫出箱體的三維圖，并開始寫畢 業(yè)論文，查閱資料，總結(jié)設(shè)計方案，總結(jié)計算過程，按照要求順序開始撰寫說明書。 2018年05月08日 指導教師意見 完成箱體三維圖形設(shè)計。整理設(shè)計資料，編寫設(shè)計說明書。二維圖形按國標規(guī)范進行修改。 指導教師(簽字)：XX 2018年05月14日 第 9 周 工作進展情況 畢業(yè)論文編寫完善，在指導老師的檢查督促下，改正畢業(yè)論文里的不足 ，添加了結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊的內(nèi)容，把畢業(yè)論文格式修改正確，盡量完成老師布置的各項任務(wù)，把二維三維圖盡量添加到畢業(yè)設(shè)計里邊。 2018年05月13日 指導教師意見 提交設(shè)計說明書第一稿。各部分內(nèi)容較完整，但自己設(shè)計的內(nèi)容沒有表達出來，另外，除相關(guān)參數(shù)計算和選擇外，要把電主軸部件結(jié)構(gòu)設(shè)計和相關(guān)零件設(shè)計內(nèi)容表達清楚。修改完善。 指導教師(簽字)：XX 2018年05月14日 第 10 周 工作進展情況 修改畢業(yè)論文中與知網(wǎng)重復的內(nèi)容，達到30%以下的目標，同時修改圖以及論文中的不足之處，盡量完善內(nèi)容，準備畢業(yè)答辯，總結(jié)設(shè)計過程，了解整個過程的，加深印象準備完成答辯。 2018年05月13日 指導教師意見 提交設(shè)計說明書第二稿。按上次修改意見進行了設(shè)計內(nèi)容的修改，格式略不符合規(guī)范處再修改，另外，按學術(shù)規(guī)范標清楚各部分引用的參考文獻部分。整理全部設(shè)計內(nèi)容，打印圖紙，打印設(shè)計說明書，提交評閱教師評閱 ，準備答辯。 指導教師(簽字)：XX 2018年05月14日 過程管理評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 工作態(tài)度 態(tài)度認真，刻苦努力，作風嚴謹 3 3 遵守紀律 自覺遵守學校有關(guān)規(guī)定，主動聯(lián)系指導教師,接受指導 3 3 開題報告 內(nèi)容詳實，符合規(guī)范要求 5 4 任務(wù)完成 按時、圓滿完成各項工作任務(wù) 4 3 過程管理評分合計 13 過程管 理評語 該同學將主要精力用于畢業(yè)設(shè)計，工作態(tài)度認真、工作刻苦努力，工作作風嚴謹。畢業(yè)設(shè)計題目源自企業(yè)，每兩周都能到企業(yè)進行生產(chǎn)現(xiàn)場學習，接受企業(yè)指導教師指導，回校后進行設(shè)計工作 ；自覺遵守學校規(guī)定，每周都能到校內(nèi)指導教師匯報工作進展，接受指導，并能很快地根據(jù)指導意見進行修改和完善。開題報告，對課題了解后，查閱相關(guān)資料，論述內(nèi)容充分，有一定的層次性，文獻綜述全面，格式符合規(guī)范要求。該同學專業(yè)基礎(chǔ)比較扎實，具有較強的學習能力和設(shè)計能力，按時較好地完成了各項工作任務(wù)。 指導教師簽字:XX 日期:2018-05-18 指導教師評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 選題質(zhì)量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 4 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應(yīng)用能力 5 4 完成質(zhì)量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設(shè)計、實驗等正確合理,結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 8 指導教師評分合計 16 指導教 師評語 本課題源自大連機床，為企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場題目，研究領(lǐng)域為機床關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計，工作量適中，難度適宜，可培養(yǎng)學生的工程設(shè)計能力，具有較好的研究價值和實踐意義。該同學專業(yè)基礎(chǔ)知識比較扎實，有一定的學習能力，能在企業(yè)教師的指導下，開展設(shè)計工作。經(jīng)不斷學習和實踐，掌握了開展工程設(shè)計的方法，具有較強的文獻檢索能力和計算機應(yīng)用能力。計算機文件處理能力較強，完成了設(shè)計說明書撰寫；計算機專業(yè)軟件應(yīng)用較熟練，能夠進行輔助二維和三維繪圖和建模。整套畢業(yè)設(shè)計，方案合理正確；根據(jù)企業(yè)設(shè)計應(yīng)用德國公式和相關(guān)參數(shù)選擇正確，較全面，結(jié)構(gòu)表達完整，圖紙較規(guī)范。設(shè)計說明書內(nèi)容全面、有一定的層次性，外文翻譯較通順，個別錯別字或不通順之處指出后進行了修改，格式經(jīng)修改后符合規(guī)范要求。完成了設(shè)計任務(wù)書要求，同意答辯。 指導教師簽字:XX 日期:2018-05-18 評閱人評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 選題質(zhì)量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的 開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 4 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表 達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應(yīng)用能力 5 5 完成質(zhì)量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設(shè)計、實驗等正確 合理,結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 8 評閱人評分合計 17 評閱人 評語 論文《高精度車銑復合機床電主軸部件設(shè)計》來源于某機床廠的實際生產(chǎn)過程，題目符合培養(yǎng)目標要求，有一定的研究價值和實踐意義，深度、難度適中，工作量適中。論文體現(xiàn)了該生具有有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表達與外語能力 、文獻資料檢索能力、計算機應(yīng)用能力，將理論知識應(yīng)用于實際的能力。論文文題相符，概念準確，分析、論證、計算、設(shè)計、實驗等正確合理，結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等基本符合規(guī)范要求。 評閱人簽字：李洋流 評閱人工作單位：機械工程學院日期：2018-05-22 答辯紀錄 學生姓名：XX 專業(yè)班級：XX 畢業(yè)論文(設(shè)計)題目： 高精度車銑復合機床電主軸部件設(shè)計答辯時間：2018年05月24日 時 分 ~ 時 分 答辯委員會(答 主任委員(組長)： XX 辯小組)成員 委 員(組 員)： XX 答辯委員會(答辯小組)提出的問題和答辯情況 問題1：軸向校核？ 回 答： 傳動切向力并不高。問題2：軸內(nèi)孔多大？ 回 答： 最大125mm 最小104mm 軸長972.5mm 問題3：通孔972.5mm加工方法，錐孔？ 回 答： 采用錐孔。 問題4：電主軸和傳統(tǒng)的主軸加電機？ 回 答： 電機和主軸直接相連 傳動比小、轉(zhuǎn)速高、傳動效率高。 問題5：傳統(tǒng)的主軸怎么從動力到實現(xiàn)？ 回 答： 電機、皮帶、聯(lián)軸器連接。 問題6：電主軸的軸的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)有什么不同 回 答： 降溫：水循環(huán)、測溫裝置 選取更高速的軸承。 問題7：軸承選什么？特點？ 回 答： 角接觸球軸承 徑向力大于軸向力 問題8：水循環(huán)結(jié)構(gòu)怎么實現(xiàn)？管在結(jié)構(gòu)中嗎？ 回 答： 靠近箱體，主軸下方有水循環(huán)裝置，箱體上方電機附近， 管在箱體內(nèi)。 問題9：箱體定位基準選取那個基準？ 回 答： 配合時的軸向為準 下基準面 問題 10： 軸的定位用什么保證？ 回 答： 軸套、階梯軸、隔套和螺母。 問題 11： 螺母位置？深度？間隙怎么辦？ 回 答： 懸在主軸上，大于深度，在螺母前加墊圈或隔套。 問題 12： 西門子內(nèi)置電機在哪？ 回 答： 圖上主軸中間處。 問題 13： 實現(xiàn)C軸功能方式哪三種？ 回 答： 1.電機直接實現(xiàn) 2.進給系統(tǒng)控制，伺服主軸電機； 3.進給系統(tǒng)間接控制，電機接聯(lián)軸器、減速器。 記錄人： 2018年05月24日 答辯委員會評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 自述總結(jié) 思路清晰,語言表達準確,概念清楚,論點正確,分析歸納合理 10 8 答辯過程 能夠正確回答所提出的問題,基本概念清楚,有理論根據(jù) 10 8 選題質(zhì)量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的 開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 4 完成質(zhì)量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設(shè)計、實驗等正確 合理,結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 8 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表 達與外語應(yīng)用能力、文獻資料檢索能力、計算機應(yīng)用能力 10 8 答辯委員會評分合計 36 答辯委員會評語 XX同學在畢業(yè)設(shè)計工作期間，工作努力，態(tài)度認真，能遵守各項紀律 ，表現(xiàn)良好。 能按時、全面、獨立地完成與畢業(yè)設(shè)計有關(guān)的各環(huán)節(jié)工作，具有一定的綜合分析問題和解決問題的能力。 論文立論正確，理論分析得當，解決問題方案實用，結(jié)論正確。 論文使用的概念正確，語言表達準確，結(jié)構(gòu)嚴謹，條理清楚。 論文中使用的圖表，設(shè)計中的圖紙在書寫和制作時，能夠執(zhí)行國家相關(guān)標準，規(guī)范化較好。 具有一定的獨立查閱文獻資料及外語應(yīng)用能力，原始數(shù)據(jù)搜集得當，實驗或計算結(jié)論準確。 答辯過程中，能夠簡明和正確地闡述論文的主要內(nèi)容，思路清晰，論點基本正確；回答問題準確，有應(yīng)變力；有較好的語言表達能力。 答辯成績： 36 答辯委員會主任： XX 2018年05月29日 成績評定 項目分類 成績評定 過程管理評分 13 指導教師評分 16 評閱人評分 17 答辯委員會評分 36 總分 82 成績等級 B 成績等級按“A、B、C、D、F”記載 成績審核人簽章： XX 學院審核人簽章： XX 一、選題依據(jù) 1.論文（設(shè)計）題目 高精度車銑復合機床電主軸部件設(shè)計。 2.研究領(lǐng)域 機床部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值 車銑復合機床是在一臺機床上實現(xiàn)或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工， 減少了工件的裝卸、更換和調(diào)整刀具的輔助時間以及中間過程產(chǎn)生的誤差，所以采用車銑加工技術(shù)不但可以大幅度提高生產(chǎn)效率，而且加工精度和加工表面的完整性都大大優(yōu)于傳統(tǒng)的車削加工，是一種高金屬去除率的關(guān)鍵先進制造技術(shù)，尤其適合加工加工凸輪軸、曲軸、細長軸及薄壁套等零部件的加工，具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景，是機械制造領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。 作為復合機床核心零件的主軸部件尤其重要，盲目使用電主軸部件的話，在高轉(zhuǎn)速下，內(nèi)置電機的自然散熱能力差，溫度容易升高，導致電主軸產(chǎn)生的振動、熱量直接影響主軸的運轉(zhuǎn)，大幅降低機床對產(chǎn)品的加工精度，效率和質(zhì)量，軸承的選用和配置不當會影響主軸的剛度、轉(zhuǎn)速和回轉(zhuǎn)精度，所以機床主軸部件對機床以及機床的效率質(zhì)量都會有很大影響，需要設(shè)計有效的主軸部件結(jié)構(gòu)，保障整臺機床的加工精度和工作性能。 4.目前研究的概況和發(fā)展趨勢 國外數(shù)控機床研制的時間比較早，1948 年，美國帕森斯設(shè)備生產(chǎn)商根據(jù)美國空軍要求，與麻省理工學院一起研制，并在 1952 年成功試制出第一臺三坐標數(shù)控機床， 在以后的 60 年里，國外各類數(shù)控機床相繼問世；我國對數(shù)控機床的研制起步較晚， 且研制速度較慢，主要集中在 20 世紀 80、90 年代，通過引進了國外先進技術(shù)，解決了數(shù)控車床研究和生產(chǎn)上的難點和重點，在經(jīng)歷改革開放后，我國數(shù)控機床通過自主研究在各個方面都有了長足的進步和發(fā)展。 伴隨著機床的出現(xiàn)，國內(nèi)外對主軸部件的研制也從未停止過，主軸部件已經(jīng)初步成型，經(jīng)過十幾年的發(fā)展，機床主軸部件從機械式主軸部件發(fā)展到電主軸，而電主軸又稱為內(nèi)置式電機主軸單元（Build-in Motor spindle），就是將高速電機置于機床主軸部件內(nèi)部，通過交流變頻控制系統(tǒng)，使主軸獲得所需的工作速度和扭矩，實現(xiàn)電機、主軸的一體化功能。 隨著多功能復合數(shù)控技術(shù)的成熟，制造業(yè)對高、精、尖數(shù)控機床的需求在不斷增加，促使越來越多的數(shù)控機床生產(chǎn)企業(yè)去開發(fā)，研制符合個性化、細分化的市場需求的數(shù)控機床，由半自動化向自動化，由單一化向復合化，由低速化向高速化，由低精度向高精度等幾個方向發(fā)展，車銑復合數(shù)控機床作為典型的多功能復合化數(shù)控機床亦是在這樣的趨勢下不斷的自我更新，迅速發(fā)展，不僅規(guī)格齊全，在硬件功能上十分完善，且軟件功能也很強大。 11 雖然車銑復合加工機床已有許久的發(fā)展歷史，技術(shù)也已經(jīng)成熟而且被國內(nèi)外用戶接受和認可，不過依然有廣闊的發(fā)展前景，它的發(fā)展趨勢如下： （1）更高的工藝范圍。 （2）更高的效率。 （3）大型化。 （4）結(jié)構(gòu)模塊化和功能可快速重組。 機床性能的提高離不開主軸部件的質(zhì)量性能，電主軸為了迎合機床和產(chǎn)品質(zhì)量等的要求也需要自己的發(fā)展方向，電主軸的發(fā)展趨勢如下： （1） 繼續(xù)向高速度、高剛度方向發(fā)展。 （2） 向高速大功率、低速大轉(zhuǎn)矩方向發(fā)展。 （3） 進一步向高精度、高可靠性和延長工作壽命方向發(fā)展。 （4） 電主軸內(nèi)置電機性能和形式多樣化。 （5） 向快速啟、停方向發(fā)展。 （6） 軸承及其預載荷施加方式、潤滑方式多樣化。 （7） 刀具接口逐步趨于 HSK 刀柄技術(shù)。 （8） 向多功能、智能化方向發(fā)展。 總之，車銑復合加工技術(shù)的先進理念是提高產(chǎn)品質(zhì)量和縮短產(chǎn)品制造周期，因此這些技術(shù)應(yīng)用了廣泛的領(lǐng)域，電主軸作為相應(yīng)的重要部件，也有舉足輕重的地位，但是它們還需要更多的進步，需要更先進的，更高科技的技術(shù)和更創(chuàng)新的發(fā)展。 二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容 1.重點解決的問題 （1）車銑復合機床主軸系統(tǒng)設(shè)計，包括西門子內(nèi)置電機、軸承、主軸尺寸其余軸上零部件，以及控制溫度的冷卻結(jié)構(gòu)。 （2）車銑復合機床的主軸系統(tǒng)參數(shù)選擇以及計算和主軸尺寸跨度計算。 2.擬開展研究的幾個主要方面 （1）了解電主軸的主要結(jié)構(gòu)和工作要求，初步設(shè)想設(shè)計方案 （2）設(shè)計電主軸部件：西門子內(nèi)置電機、軸承、軸套、端蓋等零部件，并進行電機、軸承參數(shù)選擇和計算。 （3）根據(jù)控制溫度設(shè)計電機軸承的循環(huán)水冷氣冷結(jié)構(gòu)，計算其他零部件的尺寸， 主軸的尺寸和計算主軸跨度。 （4）電主軸系統(tǒng)的整體三維設(shè)計、整體裝配圖設(shè)計、主要零部件設(shè)計。 3.本論文（設(shè)計）預期取得的成果 （1）一套完整的電主軸系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)的裝配圖及零件圖 （2）一份完整的高精度車銑復合機床電主軸系統(tǒng)設(shè)計的說明書 三、論文（設(shè)計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)） （1）查閱、整理參考文獻資料 學習掌握車銑復合機床的主要結(jié)構(gòu)和工作特點，了解電主軸系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)和工作要求，選出合適的設(shè)計方案。 （2）機械畫圖以及選擇計算 主電機的選擇及參數(shù)計算、主軸軸承的選擇及計算、主軸各尺寸的確定及軸承跨度的計算，電主軸三維結(jié)構(gòu)裝配圖、零件圖設(shè)計畫圖 2.論文（設(shè)計）進度計劃 第 1 周 根據(jù)題目查閱車銑復合機床和電主軸的相關(guān)文獻，了解復合機床的主要結(jié)構(gòu)和工作特點。 第 2 周 了解車銑復合機床的發(fā)展概況和未來趨勢，總結(jié)解決的問題，設(shè)計的思路，預期的成果，主要的研究方法，文獻查閱綜述等內(nèi)容。 第 3 周 修改開題報告和文獻綜述，并查找并確定相關(guān)設(shè)計的外文翻譯。第 4 周 對外文進行翻譯，準備開題答辯。 第 5 周 了解電主軸系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)和功要求，提出設(shè)計方案。 第 6、7 周 對主電機進行選擇和參數(shù)計算，確定主軸軸承及其參數(shù)計算，計算確定主軸的各尺寸和軸承跨度，計算后并進行檢驗校核。 第 8、9、10 周 用各項參數(shù)設(shè)計電主軸部件的三維結(jié)構(gòu)，利用 Solids work 作圖，進行中期檢查，修改指出的錯誤和修改不足。 第 11、12 周 設(shè)計零部件中的控制溫度的結(jié)構(gòu)，內(nèi)置電機和軸承采用螺旋循環(huán)水冷方式 ，主軸箱采用螺旋循環(huán)水冷和氣冷的方式，再用 Solids work 畫出裝配圖和關(guān)鍵零部件的零件圖。 第 13 周 整理設(shè)計資料，編寫設(shè)計說明書，完善設(shè)計說明書，做好答辯的準備。第 14 周 評閱，答辯。 四、需要閱讀的參考文獻 [1]毛村.基于虛擬樣機技術(shù)的車銑復合數(shù)控機床設(shè)計[D].成都理工大學,2016. 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Artificial Life and Robotics，2009.（13）：423-427. 附：文獻綜述 文獻綜述 一、車銑復合加工的發(fā)展與特點 車銑是 20 世紀 80 年代初在西方工業(yè)發(fā)達國家發(fā)展起來的一種全新的機械加工方 法，1982 年，奧地利林茨機床公司（WFL）開發(fā)出了全世界第一臺車銑加工中心，經(jīng)過將近 30 年的不斷努力，車銑已經(jīng)發(fā)展到可以實現(xiàn)多種加工。隨著 CNC、機床和刀具的發(fā)展，目前許多國內(nèi)外機床廠家都推出了車削機床和車銑加工中心。 車銑加工技術(shù)是以銑刀代替車刀，通過銑刀的旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)回轉(zhuǎn)體零件切削的一種先進加工技術(shù)，按照刀具旋轉(zhuǎn)軸線與工件旋轉(zhuǎn)軸線相對位置不同，車銑加工可主要分為軸向車銑和正交車銑。車銑運動是復合運動，是利用銑刀旋轉(zhuǎn)和工件旋轉(zhuǎn)的合成運動來實現(xiàn)對工件的車削加工。車銑不是簡單的將車削和銑削兩種加工方法合并在一起，而是利用車銑合成運動來完成各類表面加工。在進行車銑切削時，工件不需要高速轉(zhuǎn)動，主運動是刀具的旋轉(zhuǎn)運動，從而不需要使工件高速旋轉(zhuǎn)就能實現(xiàn)高速切削， 有利于對大型回轉(zhuǎn)體工件進行高速切削，以及實現(xiàn)難加工材料的干式切削。 所以車銑加工是間斷切削加工，根據(jù)它的特點非常適合切削難斷屑材料。車銑加工極易實現(xiàn)高速切削加工，一般車銑加工中心的刀柄接口都是諸如：HSK、CAPTO 等高速加工刀柄，刀具高速旋轉(zhuǎn)，工件低速旋轉(zhuǎn)，因此其切削力比傳統(tǒng)切削加工要小很多。采用車銑加工技術(shù)不但可以大幅度提高生產(chǎn)效率，而且加工精度和加工表面的完整性都大大優(yōu)于傳統(tǒng)的車削加工，是一種高金屬去除率的關(guān)鍵先進制造技術(shù)，尤其適合加工凸輪軸、曲軸、細長軸及薄壁套等零部件的加工，具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景，是機械制造領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。 二、電主軸的工作特點 機床主軸是機床的重要部件，傳統(tǒng)機床主軸是通過中間的傳動裝置（如皮帶、齒 輪等）帶動主軸旋轉(zhuǎn)工作。而電主軸又稱為內(nèi)置式電機主軸單元（Build-in Motor spindle），就是將高速電機置于機床主軸部件內(nèi)部，通過交流變頻控制系統(tǒng)，使主軸獲得所需的工作速度和扭矩，實現(xiàn)電機、主軸的一體化功能。電主軸及驅(qū)動系統(tǒng)是一種技術(shù)含量很高的機電一體化產(chǎn)品涉及領(lǐng)域非常廣泛，是一套相對獨立完整的功能部件，它具有以下特點： （1）結(jié)構(gòu)緊湊，機械效率高，噪聲低，熱振動小，精度高。 （2）運行平穩(wěn)，沒有沖擊，使主軸軸承壽命得到延長。 （3）易于實現(xiàn)高速化，動態(tài)精度和靜態(tài)精度穩(wěn)定性更好。 （4）可在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實現(xiàn)無級變速，以適應(yīng)各種工況和負載變化的要求。 （5）利用電機矢量控制要求，不僅可以滿足強力切削時大扭矩的要求，還可以實現(xiàn)準確的 C 軸定位及傳動功能，適應(yīng)對 C 軸功能有較高要求的車削、鏜削等加工及其它數(shù)控機床的需求。 三、電主軸融合的技術(shù) （1）高速軸承技術(shù)。通常采用復合陶瓷軸承，耐磨耐熱，壽命是傳統(tǒng)軸承的幾倍， 有時也采用電磁懸浮軸承或靜壓軸承，內(nèi)外圈不接觸，理論上壽命無限。 （2）高速電機技術(shù)。電主軸是電機與主軸融合在一起的產(chǎn)物，電機的轉(zhuǎn)子即為主軸的旋轉(zhuǎn)部分，理論上可以把電主軸看作一臺高速電機，其關(guān)鍵技術(shù)是高速度下的動平衡。 （3）潤滑。電主軸潤滑一般采用定時定量的油氣潤滑，也可以采用油脂潤滑， 但其相應(yīng)的速度要大打折扣。定時是指每隔一定的時間間隔注一次油，定量是指通過一個叫做定量閥的器件，精確的控制每次潤滑油的注油量。而油氣潤滑，通常是潤滑油在壓縮空氣的攜帶下，被吹入陶瓷軸承。這里。油量控制顯得十分重要，過少，起 不到潤滑作用，過多，又會在軸承高速旋轉(zhuǎn)時因油的阻力而發(fā)熱。 （4）冷卻。為了盡快給高速運行的電主軸散熱，通常對電主軸的外壁通以循環(huán)冷卻劑，冷卻裝置的作用是保持冷卻劑的溫度。 （5）內(nèi)置編碼器。為了實現(xiàn)自動換刀以及剛性攻絲，電主軸內(nèi)需要安裝一個脈沖編碼器，以實現(xiàn)準確的相位控制以及與進給的配合。 （6）自動換刀裝置。為了適用于加工中心，電主軸配備了能進行自動換刀的裝置，包括蝶形簧、拉刀油缸等 （7）高速刀具的裝卡方式。廣為熟悉的 BT、ISO 刀具，已被實踐證明不適合于高速加工。在此背景下出現(xiàn)了 HSK、SKI 等高速刀柄。 （8）高頻變頻裝置。要實現(xiàn)電主軸每分鐘幾萬甚至十幾萬轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，必須用高頻變頻裝置來驅(qū)動電主軸的內(nèi)置高速電機，變頻器的輸出頻率甚至需要達到幾千赫茲。 四、我國電主軸設(shè)計研究現(xiàn)狀和差距 隨著高速加工技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，各個工業(yè)部門特別是宇航和航天、汽 車、模具加工等行業(yè)，對高速度、高精度數(shù)控機床的需求迅猛增長。傳統(tǒng)的滾動軸承主軸結(jié)構(gòu)難以滿足數(shù)控車床的高轉(zhuǎn)速、高精度的要求，美國、德國、日本、瑞士、意大利等工業(yè)發(fā)達國家，都在高速數(shù)控機床上廣泛采用電主軸結(jié)構(gòu)。 我國對電主軸的研究和開發(fā)工作起始比較晚，開發(fā)了一系列的磨床電主軸、鉆小孔用的高速電主軸、小型數(shù)控銑床電主軸和在“九五”期間開發(fā)的功率為 2.5～2.9KW， 扭矩為 4～86N·m 應(yīng)用與數(shù)控車床和加工中心的電主軸，但是國產(chǎn)電主軸和國外產(chǎn)品無論在性能、品種和質(zhì)量都有較大差距，所以目前國內(nèi)的高速度、高精度的數(shù)控機床和加工中心所用的電主軸主要從國外進口，主要存在的差距有以下部分： （1）國外電主軸低速段的輸出扭矩最大可達 300N·m，而我國目前僅在 100N·m 以內(nèi)。 （2）在高轉(zhuǎn)速方面，國外用于加工中心的電主軸已達 7.5×104r/min，我國則多在 1.5×104r/min 以下。 （3）電主軸的軸承潤滑，國外普遍采用油氣潤滑，我國仍用油脂潤滑。 （4）其他配套技術(shù)也有較大的差距，如主軸電機矢量控制、交流伺服控制技術(shù)、精確定向技術(shù)、快速啟動和停止等。 （5）在產(chǎn)品的品質(zhì)、規(guī)格、數(shù)量和制造規(guī)模等方面，仍然處于小量研發(fā)試制階段，沒有形成系列化、專業(yè)化，遠不能滿足國內(nèi)數(shù)控機床和加工中心發(fā)展的需求。 所以我國的電主軸技術(shù)還有很大的提升空間，需要設(shè)計更好的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)高速度、高精度的高要求。 五、電主軸的發(fā)展趨勢 隨著機床技術(shù)、高速切削技術(shù)的發(fā)展實際應(yīng)用的需要，對機床電主軸的性能也 提出越來越高的要求，電主軸技術(shù)的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在幾個方面： （1）繼續(xù)向高速度、高剛度方向發(fā)展。由于高速切削和實際應(yīng)用的需要，隨著主軸軸承機器潤滑技術(shù)、精密加工技術(shù)、精密動平衡技術(shù)、高速刀具及其接口技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控車床電主軸高速化已成為目前發(fā)展的普遍趨勢，在電主軸的系統(tǒng)剛度方面，由于軸承及其潤滑技術(shù)的發(fā)展，電主軸的系統(tǒng)剛度越來越大，滿足數(shù)控機床高速、高效和精密加工發(fā)展的需要。 （2）向高速大功率、低速大轉(zhuǎn)矩方向發(fā)展。根據(jù)實際使用需要，多數(shù)數(shù)控機床需要同時滿足低速粗加工時的重切削、高速切削時精加工的要求，因此，機床電主軸應(yīng)該具備低速大轉(zhuǎn)矩、高速大功率的性能。 （3）進一步向高精度、高可靠性和延長工作壽命方向發(fā)展。發(fā)展對數(shù)控機床的 精度和可靠性提出越來越高的要求，作為數(shù)控機床核心功能部件之一的電主軸，要求其本身的精度和可靠性隨之越來越高。比如主軸徑向跳動在 0.001mm 以內(nèi)，軸向定位精度在 0.0005mm 以下，同時采用特殊的精密主軸軸承、先進的潤滑方法及特殊的預負荷施加方式，電主軸的壽命相應(yīng)的得到延長，使其可靠性越來越高。 （4）電主軸內(nèi)置電機性能和形式多樣化。為了滿足實際應(yīng)用需求，電主軸電機的性能應(yīng)該得到改善，恒功率調(diào)速范圍需要擴大。此外出現(xiàn)了永磁同步電機電主軸， 較其他同功率的異步電機相比，尺寸小，有利于提高功率密度，易于實現(xiàn)小尺寸，大功率。 （5）向快速啟、停方向發(fā)展。為縮短輔助時間，提高效率，要求數(shù)控機床電主軸的啟、停時間越短越好，目前，國外電主軸的啟、停加速度可達到 1g 以上，全速啟、停時間在 1s 以內(nèi)。 （6）軸承及其預載荷施加方式、潤滑方式多樣化。除常規(guī)的鋼制滾動軸承外， 近年來陶瓷球混合軸承得到廣泛應(yīng)用。潤滑方式有油脂、油霧、油氣等，尤其是油氣潤滑方法，具有適應(yīng)高速、環(huán)保節(jié)能的特點，得到廣泛的推廣和應(yīng)用；滾動軸承的預負荷施加方式除剛性預負荷、彈性預負荷之外，又發(fā)展了一種智能預負荷方式。在非接觸形式軸承支承的電主軸方面，出現(xiàn)了磁浮軸承電主軸、氣浮軸承電主軸、液浮軸承電主軸等產(chǎn)品。 （7）刀具接口逐步趨于 HSK 刀柄技術(shù)。機床主軸高速化后，由于離心力的作用， 傳統(tǒng)的刀柄結(jié)構(gòu)已不能滿足使用的需求，需要采用 HSK 等符合高速要求的刀柄接口形式。HSK 刀柄具有突出的靜態(tài)和動態(tài)聯(lián)接剛性、大的傳遞扭矩能力、高的刀具重復定位精度和聯(lián)接可靠性，適合在高精度、高速的情況下使用。 （8）向多功能、智能化方向發(fā)展。在多功能方面，有角向停機精確定位（準停）、 C 軸傳動、換刀中空吹氣、中空通冷卻液、軸端氣體密封、低速轉(zhuǎn)矩放大、軸向定位精度補償、換刀自動動平衡技術(shù)等。在智能化方面，主要表現(xiàn)在各種安全保護和故障監(jiān)測診斷措施，如換刀連鎖保護、軸承溫度監(jiān)控、電機過載和過熱保護、松刀時軸承卸荷保護、主軸振動信號監(jiān)測和故障異常診斷、軸向位置變化自動補償、砂輪修整過程信號監(jiān)測和自動控制、刀具磨損和損壞信號監(jiān)控等。 總之，我國數(shù)控機床功能部件和技術(shù)雖然有了很大的發(fā)展，帶動了我國功能部件技術(shù)水平和產(chǎn)品檔次的提高，但遠遠不能滿足國際數(shù)控技術(shù)發(fā)展快速的需求，電主軸及其車銑復合加工技術(shù)仍存在技術(shù)水平和其他問題，要趕上國際先進水平，我們?nèi)沃氐肋h，還要不斷提高創(chuàng)新設(shè)計開發(fā)的能力。 六、本設(shè)計任務(wù)和主要內(nèi)容 高精度車銑復合機床電主軸系統(tǒng)設(shè)計，其中車銑復合電主軸部件采用西門子內(nèi)置 電機，帶 C 軸，電動機及軸承需要冷卻來控制溫度，西門子內(nèi)置電機采用螺旋式水冷以及氣冷，依靠水循環(huán)和空氣流動帶走熱量，軸承的溫度控制依靠外圍軸套的螺旋式水冷來冷卻，主軸轉(zhuǎn)速最高 3500r/min，前端規(guī)格為 A2-11，通孔要達到 e100 以上， 設(shè)計包含的運算有主電機的選擇及參數(shù)計算，主軸軸承的選擇及設(shè)計計算，主軸各尺寸的確定及軸承跨度的計算等。