摘 要

研究高速铣床主轴技术对提升我国机械制造业的整体水平，打破先进国家对我国的技术垄断，增强我国制造业整体竞争能力有着很大帮助。而另一方面，高速铣床主轴技术还能大量的降低生产准备时间，提高产品的加工质量和完成效率，降低社会成本，创造更多的社会财富。所以需要提高机床的加工精度来使主轴技术向高速化发展。热误差是影响机床精度和性能的重要因素之一。由于机床内部和外部的热源对机床的热干扰导致机床产生热变形，从而产生热误差。当轴承温升达到一定值时，会对主轴的性能产生破坏性的影响，进而影响加工质量。因此设计一套轴承温度检测系统是十分重要的。

为了准确反映高速铣床主轴的实际工况，对铣床主轴部件进行试验台搭建，本文设计了一套能实时检测轴承温度的系统——利用特性试验台实现轴承温度分析。该系统是对铣床主轴部件进行试验台设计，在试验台上安装轴承温度检测系统以至于能检测出铣床主轴在加载过程中轴承的温度参数，并收集故障数据，及时发现轴承的温度异常情况。本文针对特定铣床主轴进行试验台搭建，为铣床主轴的轴承温度设计了一套温度检测系统。

本设计对以上问题进行了分析，主要内容如下：

1. 综述了高速数控铣床主轴性能的研究现状。
2. 铣床主轴结构原理介绍和对试验台主轴部件进行零部件选用。
3. 铣床轴承温度检测控制系统设计和相应设备的选用。
4. 其他辅助零件设计如铣床主轴的电机、联轴器的选择，最后完成其整体结构设计。

关键词：铣床主轴； 可靠性； 温度检测系统； 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 of motorized spindle test and control system and the choosing of corresponding equipment.

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

Key words: High-speed motorized spindle; Reliability;

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 对高速铣床主轴性能的国内外研究现状 2

1.3 设计的基本内容与目标 4

第2章 主轴部件设计 5

2.1试验台的设计要求 5

2.2 铣床主轴的设计 5

2.3铣床主轴轴承的设计与选择 6

2.4轴承前、后端盖的设计 7

2.5本章小结 9

第3章 轴承温度检测系统设计 10

3.1 传感器的选择 10

3.1.1 温度测试技术与温度传感器的发展 11

3.1.2 DS18B20传感器 11

3.1.3 DS18B20传感器测温原理 13

3.2 微处理器的选择 14

3.3 操作系统的选择 14

3.4 本章小结 15

第4章 铣床主轴部件的试验台架设计 16

4.1铣床主轴支撑机构 16

4.2 电机的选型 16

4.3 联轴器的选型 17

4.4 铣床主轴部件试验台架设计与搭建 17

第5章 结论 19

参考文献 20

致谢 21

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

现代制造业是衡量一个国家科技技术水平和综合国力水平的重要标志，它作为国民经济的支柱产业，其制造技术水平和设备制造能力的高低能反映各个国家的工业发展水平。而现代制造技术通过结合微电子技术和现代信息技术的理论与应用成果，发展了以数控机床为基础的自动化加工技术，进而导致了高速加工技术、精密和超精密加工技术的迅猛发展。近几十年来，特别是在工业发达的国家，高速加工技术已被广泛应用于工业生产的各个部门并且得到了迅猛的发展。高速数控铣床主轴作为高速加工最重要的核心部件，随着高速加工中心和高速数控机床的迅猛发展相继投放国际市场，它的需求正与日剧增，因此国内外各研究机构纷纷相继来开发研究此项目技术。

高速铣床主轴作为现代高速加工技术的核心技术之一，在高精度高性能机床上的广泛应用，一边大幅度提高了加工效率，改善了产品质量，降低了生产成本，为社会创造巨大物质财富的同时，一边也更促进了新技术、新材料的应用与推广，并带动了相关产业的发展。研究高速铣床主轴技术，不但能打破先进工业国家对我国的技术垄断，提升我国技术制造业的整体水平，增强我国制造业在国际上的整体竞争能力，还可以大幅度降低生产制造时间，提高产品的加工质量和加工效率，降低成本，进而创造更多的社会财富。高速铣床主轴的性能高低在部分程度上决定了机床的整体发展程度，因此高速加工机床对高速铣床主轴的特性与性能有着严格的要求，使其与传统的主轴系统有了较大的差异，其安全性、可靠性和动态性能也成为结构设计和机床运行中的首要考虑的问题。因此，无但是在理论研究还是在工厂的实际应用上，对高速铣床主轴相关技术的研究均具有重要的学术意义和经济效益。