主轴单元设计

数控机床主轴,刀具系统等设计

数控机床设计与分析 主轴单元设计主编：苟卫东

青海一机数控机床有限责任公司 2011年12月5日

数控机床主轴,刀具系统等设计

课程內容 概述 主轴结构 主轴 轴承 刀具系统 冷却系统 润滑系统 密封系统 主轴电机

课 程 內 容

数控机床主轴,刀具系统等设计

概 述加工中心市场需求3C 模具航钛轻合金高速钻孔攻丝，轻切削面铣 1mm以下小孔径钻孔

高速硬钢材加工，曲面加工

高速铣削，曲面加工

高精度

汽机车一般加工

高速铣削，钻孔，攻丝 精密镗孔

高效率钻孔，攻丝，面铣，镗孔

数控机床主轴,刀具系统等设计

概 述数控机床高速切削关键技术轻量化高刚性结构

工艺(规程，夹具)高速，高精度 切削

控制器

CAD/CAM

刀具技术

进给系统

主轴系统

数控机床主轴,刀具系统等设计

概

述

主轴为数控机床进行加工时，直接带动刀具 或工件旋转，进行切削、磨削..等加工程序之重要 单元。 –带动工件旋转，如车床。 –带动刀具旋转，如铣床。

精度

速度

刚度

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概 述主轴设计之性能指标主轴刚性:径向与轴向 最高转速: 安全持续运转极限转速 主轴功率:连续输出额定功率与最大功率

影响刚度与转速的因素主轴系统 轴承系统

刚性

轴承系统

转速

润滑系统冷却系统

支撑系统

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概 述主轴设计主要因素主轴驱动方式: 齿轮/皮带式，直接式，内藏式 主轴轴承:轴承形式，数量，组装方式，润滑 主轴电机:电机型式，功率，尺寸 主轴结构:刀柄拉杆，刀柄型式

数控机床主轴,刀具系统等设计

概 述依驱动方式分为:– 齿轮式优点：

传动系统扭转刚性大，能承受低速高扭矩负载

适合低速大切深加工，但主轴刚性需加大 缺点：

效率低，传输功率损耗大，噪音大，油污染

高速受限制 齿轮及箱体制造成本高 齿轮造成轴承负荷

数控机床主轴,刀具系统等设计

概 述依驱动方式分为:– 皮带式优点： 高张力低噪音齿型设计，高 速时噪音比齿轮式低 组装，维修容易，成本低缺点： 传动系统挠性大，扭转刚性低 皮带造成轴承负荷 高速运转受皮带限制而无法提高 超负荷切削易使皮带滑移。

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概 述依驱动方式分为:– 电机内藏式优点： 电磁能直接转换为机械能，无传动功率损耗， 亦无须考虑如 DDS 主轴联轴器的刚性问题 此外电机具有双线圈两段输出功率，具备低速 高扭矩功能 低速重切削能力大约介于齿轮式与皮带式之间 高速切削能力则较优。

缺点： 制造及材料成本高， 组装复杂，维修困难度高 线圈发热易影响主轴温升。

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概 述依驱动方式分为:–直結式优点： 高速化，噪音低于皮带式主轴 直接电磁能 – 机械能转换 低傳传输功率损耗 低速重切削不会有皮带式之跳脱打滑问题

缺点： 系统总组合长度拉长，

组装精度要求高， 使用在C -型架重量集中前端。 动平衡校正较困难，联轴器易受切削激振 松脱。

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概 述各式主轴:

轴线可动主轴

磁浮主轴

液体静压主轴

液体动压主轴

滚珠轴承主轴

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主轴结构 主轴 轴承 刀具夹持系统 冷却系统 润滑系统 密封 其他

主 轴 结 构

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主轴结构 加工中心 (Machinning Center)

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主轴结构 加工中心(machining Center)

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主轴结构 加工中心(machining Center)

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主轴结构 加工中心(machining Center)

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主轴结构 加工中心(machining Center)

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主轴结构 加工中心(machining Center)

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主轴结构 加工中心(machining Center)

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主轴结构 加工中心(machining Center)

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/m0nj.html