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1课题的背景及意义
1）课题背景
金属切削机床（Metalmachinetools）是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，所有又称为“工作母机”或“工具机”，习惯上简称机床。
在现代机械制造工业中，加工机器零件的方法有多种，如铸造、锻造、焊接、切削加工和各种特种加工等。切削加工是将金属毛坯加工成具有较高精度的形状、尺寸和较高表面质量零件的主要加工方法。在加工精密零件时，目前主要还是依靠切削加工来达到所需加工的精度和表面质量。因此，金属切削机床是加工机器零件的主要设备。它所负担的工作量，约占机器总制造工作量的40%~60%。机床的技术水平直接影响机械制造工业的产品质量和劳动生产率。
机床的“母机”属性决定了它在国民经济中的重要地位。机床工业为各种类型的机械制造厂提供先进的制造技术与优质高效的机床设备，促进机械制造工业的生产能力和工艺水平的提高。机械制造工业肩负着为国民经济各部门提供现代化技术装备的任务，即为工业、农业、交通运输业、科研和国防等部门提供各种机器、仪器和工具。为适应现代化建设的需要，必须大力发展机械制造工业。机械制造工业是国民经济各部门赖以发展的基础。机床工业则是机械制造工业的基础。一个国家机床工业的技术水平，在很大程度上标志着这个国家的工业生产力和科技发展水平。显然，金属切削机床在国民经济现代化建设中起着重大的作用。
80年代是数控机床、数控系统大发展的时代。到80年代末全世界数控机床的年产量超过10万台。这个发展大潮，方兴未艾。随着计算机技术的迅速发展，32位微处理器的出现，开辟了机床数控技术革命性发展的新时代。它显著地提高了数控机床的速度，加工精度以及功能。数控技术的发展使机床结构发生重大变革。主传动系统采用直流或交流调速电机，主轴可实现无级调速，同时又简化了传统链。由于不需人工操作，可以充分利用刀具的切削性能，不用担心切削飞出伤人，所以主轴转速提高了。
我国的机床工业是在新中国成立后建立起来的。解放后40多年来，我国机床工业获得了高速发展。目前我国已形成了布局比较合理、比较完整的机床工业体系。机床的产量不断上升，机床产品除满足国内建设的需要外，而且有一部分已远销国外。我国机床的性能也在逐步提高，有些机床已经接近世界先进水平。但总体上与世界水平还较大差距，主要表现为：
1、高精度的和超精密加工技术还不能满足现代化科技发展的需要。
2、缺少高效自动化和数控化、柔性化的制造技术和设备。
3、产品质量不稳定，精度保持差，使用寿命短。
4、对机床的基础理论的研究落后，生产管理水平和人员素质不高。
2）课题意义
一、我国机床已经取得很大成就，但与世界先进水平相比还有较大差距。主要表现在：大部分高精度和超精密机床的性能还不能满足要求，精度保持性也比较差，特别是高效自动化和数控化机床的产量、技术水平和质量等方面都明显落后。国外已经做到15~19轴联动，分辨率达0.1~0.01m，而我国只能做到5~6轴联动，分辨率为1m。
二、主轴组件是机床的一个重要组成部分。主轴组件由主轴、轴承、传动件（如齿轮、带轮）和固定件（如螺母）等组成。机床工作时，由主轴加持着工件（车床）或刀具（钻床、镗床、铣床、磨床等）直接参加表面成形运动。所以，主轴组件的工作性能，对加工质量和机床生产率，有重要影响。
2课题的研究工作要达到的目标
一、在一定的载荷与转速下，主轴部件保证工件（或刀具）精确而稳定地绕其轴线作旋转运动，并且要求在静态、动态和热态的条件下能长期保持这一性能。
二、主轴箱除应保证运动参数外，还应该具有较高的传动效率，传动件具有足够的强度或刚度，噪声要低，振动要小，操作方便，具有良好的工艺性，便于检修，成本较低，防尘，防漏，外形美观等。
3课题研究的主要内容
3.1课题设计(或研究)的基本原理及技术方案
通过机床主运动机械变速传动系统得结构设计，在拟定传动和变速的结构方案过程中，得到设计构思、方案分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。
3.2可行性分析
影响数控机床加工精度的因素有很多，本课题主要研究主轴箱及主轴部件，主轴部件是机床实现旋转运动的执行件（执行主运动、圆周进给运动）。大多数机床都有主轴部件，有些机床还不止一个，如多轴机床和某些磨床。
主轴部件的作用是夹持工件或刀具，直接参与工件表面的成形运动，并在一定的转速下传递扭矩、承受载荷。因此主轴部件的工作性能对加工工件质量和生产率影响很大，是机床的最重要部件之一。
另外，我们可以注意到现代机床发展的一个趋势，就是机床功能部件化了，每个功能部件都是独立存在的，机床生产厂根据市场需要设计与制造各种功能部件。以数控车床为例，典型的功能部件可以是尾架、多种类型的转塔刀架和下刀架以及主轴分度机构等等。如果能加强对主轴部件的研究及其性能的提高，那么就可以再次提高机床加工精度。
3.3课题主要解决的技术关键问题及创新点
本课题：高刚度数控机床的主轴箱系统结构设计涉及到较多技术问题，就最关键的问题，如下列出：
一、对主轴组件的基本要求，旋转精度、静刚度、抗振性、温升和热变形、耐磨性。
主轴的旋转精度指的是装配后，在无载荷、低转速转动的条件下，主轴安装工件或刀具部位的景象和轴向跳动；静刚度则反映了机床或部、组、零件抵抗静态外载荷的能力；抗振性会影响工件的表面质量，刀具的耐用度和主轴轴承的寿命，还会产生噪声，影响工作环境；温升使润滑油的粘度下降；主轴组件必须有足够的耐磨性，以便长期地保持精度。易磨损的部位是轴承和安装夹具刀具或工件的部位。
二、对主轴轴承的选择，其中要考虑到精度、转速、寿命、刚度。
由于轴承的工作精度主要决定于旋转精度，壳体孔和主轴颈是根据一定的间隙和过盈要求配作的，因此，轴承内、外径的公差即使略宽也并不影响工作精度，但是却可以降低成本；轴承的最高转速，决定于轴承的类型，负荷，间隙的调整，允许的温升，选用的润滑剂和润滑方式。可通过试验决定；决定轴承寿命的是疲劳点蚀和磨损降低精度。对于重载或高速主轴，轴承失效可能是由于表层疲劳；滚动轴承的刚度不是一个定值，而是载荷的函数，它随着载荷的增长而增长。
三、就主轴本身，要解决主轴的构造、材料和热处理、主轴相关的技术要求等问题。
为了提高刚度，主轴的直径应尽量大些。前轴承至主轴前端面的距离成为悬伸。悬伸量应尽可能地小些。主轴的材料，主要应根据耐磨性、热处理方法和热处理后的变形选择。
四、提高主轴组件性能的一些措施，提高精度，控制温升，提高转速，减少热变形，改善动态特性。
五、主轴滚动轴承的润滑剂主轴箱的密封。
3.4课题研究工作的技术路线1、课题申报，拿到设计课题。
2、分析课题的可行性，确定工作目标。
3、查找资料，翻阅文献，收集资料，做好调研工作。
4、做好设计的开题报告，文献综述等工作。
5、进行课题的计算工作。
6、进行课题的总体结构设计并完成相关图纸的绘制。
7、编写设计说明书，完成课题的设计工作。
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