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1課題的背景及意義

1）課題背景

金屬切削機床（Metalmachinetools）是用切削的方法將金屬毛坯加工成機器零件的機器，它是制造機器的機器，所有又稱為“工作母機”或“工具機”，習(xí)慣上簡稱機床。

在現(xiàn)代機械制造工業(yè)中，加工機器零件的方法有多種，如鑄造、鍛造、焊接、切削加工和各種特種加工等。切削加工是將金屬毛坯加工成具有較高精度的形狀、尺寸和較高表面質(zhì)量零件的主要加工方法。在加工精密零件時，目前主要還是依靠切削加工來達到所需加工的精度和表面質(zhì)量。因此，金屬切削機床是加工機器零件的主要設(shè)備。它所負擔(dān)的工作量，約占機器總制造工作量的40%~60%。機床的技術(shù)水平直接影響機械制造工業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率。

機床的“母機”屬性決定了它在國民經(jīng)濟中的重要地位。機床工業(yè)為各種類型的機械制造廠提供先進的制造技術(shù)與優(yōu)質(zhì)高效的機床設(shè)備，促進機械制造工業(yè)的生產(chǎn)能力和工藝水平的提高。機械制造工業(yè)肩負著為國民經(jīng)濟各部門提供現(xiàn)代化技術(shù)裝備的任務(wù)，即為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸業(yè)、科研和國防等部門提供各種機器、儀器和工具。為適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)的需要，必須大力發(fā)展機械制造工業(yè)。機械制造工業(yè)是國民經(jīng)濟各部門賴以發(fā)展的基礎(chǔ)。機床工業(yè)則是機械制造工業(yè)的基礎(chǔ)。一個國家機床工業(yè)的技術(shù)水平，在很大程度上標(biāo)志著這個國家的工業(yè)生產(chǎn)力和科技發(fā)展水平。顯然，金屬切削機床在國民經(jīng)濟現(xiàn)代化建設(shè)中起著重大的作用。

80年代是數(shù)控機床、數(shù)控系統(tǒng)大發(fā)展的時代。到80年代末全世界數(shù)控機床的年產(chǎn)量超過10萬臺。這個發(fā)展大潮，方興未艾。隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，32位微處理器的出現(xiàn)，開辟了機床數(shù)控技術(shù)革命性發(fā)展的新時代。它顯著地提高了數(shù)控機床的速度，加工精度以及功能。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展使機床結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變革。主傳動系統(tǒng)采用直流或交流調(diào)速電機，主軸可實現(xiàn)無級調(diào)速，同時又簡化了傳統(tǒng)鏈。由于不需人工操作，可以充分利用刀具的切削性能，不用擔(dān)心切削飛出傷人，所以主軸轉(zhuǎn)速提高了。

我國的機床工業(yè)是在新中國成立后建立起來的。解放后40多年來，我國機床工業(yè)獲得了高速發(fā)展。目前我國已形成了布局比較合理、比較完整的機床工業(yè)體系。機床的產(chǎn)量不斷上升，機床產(chǎn)品除滿足國內(nèi)建設(shè)的需要外，而且有一部分已遠銷國外。我國機床的性能也在逐步提高，有些機床已經(jīng)接近世界先進水平。但總體上與世界水平還較大差距，主要表現(xiàn)為：

1、高精度的和超精密加工技術(shù)還不能滿足現(xiàn)代化科技發(fā)展的需要。

2、缺少高效自動化和數(shù)控化、柔性化的制造技術(shù)和設(shè)備。

3、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，精度保持差，使用壽命短。

4、對機床的基礎(chǔ)理論的研究落后，生產(chǎn)管理水平和人員素質(zhì)不高。

2）課題意義

一、我國機床已經(jīng)取得很大成就，但與世界先進水平相比還有較大差距。主要表現(xiàn)在：大部分高精度和超精密機床的性能還不能滿足要求，精度保持性也比較差，特別是高效自動化和數(shù)控化機床的產(chǎn)量、技術(shù)水平和質(zhì)量等方面都明顯落后。國外已經(jīng)做到15~19軸聯(lián)動，分辨率達0.1~0.01m，而我國只能做到5~6軸聯(lián)動，分辨率為1m。

二、主軸組件是機床的一個重要組成部分。主軸組件由主軸、軸承、傳動件（如齒輪、帶輪）和固定件（如螺母）等組成。機床工作時，由主軸加持著工件（車床）或刀具（鉆床、鏜床、銑床、磨床等）直接參加表面成形運動。所以，主軸組件的工作性能，對加工質(zhì)量和機床生產(chǎn)率，有重要影響。

2課題的研究工作要達到的目標(biāo)

一、在一定的載荷與轉(zhuǎn)速下，主軸部件保證工件（或刀具）精確而穩(wěn)定地繞其軸線作旋轉(zhuǎn)運動，并且要求在靜態(tài)、動態(tài)和熱態(tài)的條件下能長期保持這一性能。

二、主軸箱除應(yīng)保證運動參數(shù)外，還應(yīng)該具有較高的傳動效率，傳動件具有足夠的強度或剛度，噪聲要低，振動要小，操作方便，具有良好的工藝性，便于檢修，成本較低，防塵，防漏，外形美觀等。

3課題研究的主要內(nèi)容

3.1課題設(shè)計(或研究)的基本原理及技術(shù)方案

通過機床主運動機械變速傳動系統(tǒng)得結(jié)構(gòu)設(shè)計，在擬定傳動和變速的結(jié)構(gòu)方案過程中，得到設(shè)計構(gòu)思、方案分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機械制圖、零件計算、編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓(xùn)練，樹立正確的設(shè)計思想，掌握基本的設(shè)計方法，并具有初步的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算能力。

3.2可行性分析

影響數(shù)控機床加工精度的因素有很多，本課題主要研究主軸箱及主軸部件，主軸部件是機床實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動的執(zhí)行件（執(zhí)行主運動、圓周進給運動）。大多數(shù)機床都有主軸部件，有些機床還不止一個，如多軸機床和某些磨床。

主軸部件的作用是夾持工件或刀具，直接參與工件表面的成形運動，并在一定的轉(zhuǎn)速下傳遞扭矩、承受載荷。因此主軸部件的工作性能對加工工件質(zhì)量和生產(chǎn)率影響很大，是機床的最重要部件之一。

另外，我們可以注意到現(xiàn)代機床發(fā)展的一個趨勢，就是機床功能部件化了，每個功能部件都是獨立存在的，機床生產(chǎn)廠根據(jù)市場需要設(shè)計與制造各種功能部件。以數(shù)控車床為例，典型的功能部件可以是尾架、多種類型的轉(zhuǎn)塔刀架和下刀架以及主軸分度機構(gòu)等等。如果能加強對主軸部件的研究及其性能的提高，那么就可以再次提高機床加工精度。

3.3課題主要解決的技術(shù)關(guān)鍵問題及創(chuàng)新點

本課題：高剛度數(shù)控機床的主軸箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計涉及到較多技術(shù)問題，就最關(guān)鍵的問題，如下列出：

一、對主軸組件的基本要求，旋轉(zhuǎn)精度、靜剛度、抗振性、溫升和熱變形、耐磨性。

主軸的旋轉(zhuǎn)精度指的是裝配后，在無載荷、低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動的條件下，主軸安裝工件或刀具部位的景象和軸向跳動；靜剛度則反映了機床或部、組、零件抵抗靜態(tài)外載荷的能力；抗振性會影響工件的表面質(zhì)量，刀具的耐用度和主軸軸承的壽命，還會產(chǎn)生噪聲，影響工作環(huán)境；溫升使?jié)櫥偷恼扯认陆?；主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便長期地保持精度。易磨損的部位是軸承和安裝夾具刀具或工件的部位。

二、對主軸軸承的選擇，其中要考慮到精度、轉(zhuǎn)速、壽命、剛度。

由于軸承的工作精度主要決定于旋轉(zhuǎn)精度，殼體孔和主軸頸是根據(jù)一定的間隙和過盈要求配作的，因此，軸承內(nèi)、外徑的公差即使略寬也并不影響工作精度，但是卻可以降低成本；軸承的最高轉(zhuǎn)速，決定于軸承的類型，負荷，間隙的調(diào)整，允許的溫升，選用的潤滑劑和潤滑方式?？赏ㄟ^試驗決定；決定軸承壽命的是疲勞點蝕和磨損降低精度。對于重載或高速主軸，軸承失效可能是由于表層疲勞；滾動軸承的剛度不是一個定值，而是載荷的函數(shù)，它隨著載荷的增長而增長。

三、就主軸本身，要解決主軸的構(gòu)造、材料和熱處理、主軸相關(guān)的技術(shù)要求等問題。

為了提高剛度，主軸的直徑應(yīng)盡量大些。前軸承至主軸前端面的距離成為懸伸。懸伸量應(yīng)盡可能地小些。主軸的材料，主要應(yīng)根據(jù)耐磨性、熱處理方法和熱處理后的變形選擇。

四、提高主軸組件性能的一些措施，提高精度，控制溫升，提高轉(zhuǎn)速，減少熱變形，改善動態(tài)特性。

五、主軸滾動軸承的潤滑劑主軸箱的密封。

3.4課題研究工作的技術(shù)路線1、課題申報，拿到設(shè)計課題。

2、分析課題的可行性，確定工作目標(biāo)。

3、查找資料，翻閱文獻，收集資料，做好調(diào)研工作。

4、做好設(shè)計的開題報告，文獻綜述等工作。

5、進行課題的計算工作。

6、進行課題的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計并完成相關(guān)圖紙的繪制。

7、編寫設(shè)計說明書，完成課題的設(shè)計工作。