本ppt文檔包含以下內容:(本ppt借鑒了許多老師成果)主傳動系統方案的選擇確定主軸組件設計計算一、主軸組件設計要求二、主軸組件結構尺寸及材料確定主軸前后直徑d1、d2的確定主軸內孔直徑d的確定主軸懸伸量a的確定主軸軸承支撐跨距L的確定主軸端部結構尺寸的確定主軸材料選擇三、主軸組件軸承選擇設計計算（一）主軸組件軸承類型的選擇（二）主軸組件軸承配置的選擇（三）主軸組件軸承的精度（四）主軸組件軸承的潤滑與密封（五）主軸組件軸承預緊和間隙調整本ppt文檔包含以下內容:(本ppt借鑒了許多老師成果)主軸組件設計一、主軸組件應滿足的基本要求1、旋轉精度2、靜剛度3、動剛度4、溫升與熱變形5、精度保持性主軸組件設計一、主軸組件應滿足的基本要求1、主軸組件設計二、主軸滾動軸承優點：（1）足夠的剛度、高旋轉精度、變轉速和變載荷下工作平穩；（2）質量穩定、成本低、經濟性好；（3）容易潤滑。缺點：（1）旋轉中徑向剛度變化大；（2）摩擦力大，阻尼小；（3）徑向尺寸大1、軸承的特點主軸組件設計二、主軸滾動軸承優點：（1）足夠的剛度、高旋轉精二、主軸滾動軸承（續）2、主軸滾動軸承的類型選擇（1）雙列圓柱滾子軸承（2）雙列推力角接觸球軸承二、主軸滾動軸承（續）2、主軸滾動軸承的類型選擇（1）雙列圓二、主軸滾動軸承（續）2、主軸滾動軸承的類型選擇（3）角接觸球軸承二、主軸滾動軸承（續）2、主軸滾動軸承的類型選擇（3）角接觸二、主軸滾動軸承（續）2、主軸滾動軸承的類型選擇角接觸球軸承組合二、主軸滾動軸承（續）2、主軸滾動軸承的類型選擇角接觸球軸承二、主軸滾動軸承（續）2、主軸滾動軸承的類型選擇（4）雙列圓錐滾子軸承二、主軸滾動軸承（續）2、主軸滾動軸承的類型選擇（4）雙列圓二、主軸滾動軸承（續）3、軸承的精度選擇應采用P2、P4、P5級和SP、UP級（1）切削力方向固定不變的主軸，旋轉精度決定于軸承內圈徑向跳動。（2）切削力方向隨主軸旋轉同步變化的主軸，旋轉精度決定于外圈徑向跳動。（3）前軸承的精度對主軸的影響較大，前軸承的精度應比后軸承高一級。（理論證明略）二、主軸滾動軸承（續）3、軸承的精度選擇應采用P2、P4、P二、主軸滾動軸承（續）3、軸承的精度選擇應采用P2、P4、P5級和SP、UP級（3）前軸承的精度對主軸的影響較大，前軸承的精度應比后軸承高一級二、主軸滾動軸承（續）3、軸承的精度選擇應采用P2、P4、P二、主軸滾動軸承（續）4、軸承剛度

滾動軸承的剛度隨載荷的增加而增大。線接觸軸承的剛度可忽略預緊載荷；點接觸軸承，計算剛度時應考慮預緊力。二、主軸滾動軸承（續）4、軸承剛度滾動軸承的三、主軸1、結構及材質選擇結構：空心階梯軸材料：淬火鋼或滲碳淬火鋼，高頻淬硬。2、技術要求(略)三、主軸1、結構及材質選擇結構：空心階梯軸2、技術要求(略)三、主軸2、技術要求三、主軸2、技術要求四、主軸組件1、傳動方式（1）帶傳動：結構簡單，中心距調整方便，噪聲低，平穩，適于高速。（V帶、多楔帶和同步帶）（2）齒輪傳動：傳遞大扭矩，結構緊湊，適合于變速傳動。（3）電機直接驅動：異步電機+連軸器、變頻調速電機、電主軸等形式。四、主軸組件1、傳動方式（1）帶傳動：結構簡單，中心四、主軸組件2、傳動件的布置（1）帶輪通常安裝在后支承的外側（2）齒輪位于兩支承之間則盡量使大齒輪靠近前支承（3）齒輪位于后支承外側（4）齒輪外增設輔助支承四、主軸組件2、傳動件的布置（1）帶輪通常安裝在后支承的外側四、主軸組件3、主軸的軸向定位（1）前端定位：適于軸向精度和剛度高的高精度機床合數控機床；（2）后端定位：適于軸向精度不高的普通機床，臥車、立銑等；（3）兩端定位：用于短主軸或軸向間隙變化不影響工作的機床，如鉆床、組合機床等。五、主軸主要尺寸參數的確定（略）四、主軸組件3、主軸的軸向定位（1）前端定位：適于軸向精度和16主軸部件設計基本要求旋轉精度和運動精度剛度抗振性溫升和熱變形(熱穩定性)精度保持性16主軸部件設計基本要求17旋轉精度和運動精度旋轉精度:指裝配后的部件在無載或低速轉動條件下，主軸前端工作部位的徑向跳動、端面跳動和軸向竄動的大小。主軸組件的旋轉精度直接影響機床的加工精度。運動精度指主軸在工作狀態下的旋轉精度，這個精度通常和靜止或低速狀態的旋轉精度有較大差別，它表現在工作時主軸回轉中心位置的不斷變化，即“主軸軸心漂移”現象。旋轉精度主要取決于主軸及其軸承的制造、裝配、調整的精度；運動狀態下的旋轉精度取決于主軸的工作速度、軸承性能和主軸部件的平衡等因素。17旋轉精度和運動精度旋轉精度:指裝配后的部件在無載或低速轉18靜態剛度

主軸組件的靜態剛度是指受外力作用時，主軸組件抵抗變形的能力，又分為抗彎和扭轉兩種剛度。數控機床多采用抗彎剛度作為衡量主軸組件剛度的指標。通常以主軸前端產生單位位移時，在位移方向上所施加的作用力大小來表示。主軸剛度K=F/Y(N/Km)18靜態剛度

主軸組件的靜態剛度是指受外力作用時，主軸組件抵19抗振性抗振性包括抵抗受迫振動的能力和抵抗自激振動的能力。有時也把抵抗受迫振動的能力稱為動剛度，此時，抗振性僅指抵抗自激振動的能力。若主軸組件抗振性差，工作時容易產生振動，不僅降低加工質量，而且限制了機床生產率的提高，使刀具耐用度下降。主要影響因素:部件的靜態剛度、質量分布和阻尼，特別是主軸前軸承的阻尼。設計時，要使主軸的固有頻率遠大于工作時的激振頻率，使之不易發生共振。19抗振性抗振性包括抵抗受迫振動的能力和抵抗自激振動的能力。20溫升和熱變形(熱穩定性)溫升過高會引起兩方面的不良后果：一是主軸組件和箱體因熱膨脹而變形，主軸的回轉中心線和機床其他件的相對位置會發生變化，直接影響加工精度；其次是軸承等元件會因溫度過高而改變已調好的間隙和破壞正常潤滑條件，影響軸承的正常工作。嚴重時甚至會發生“抱軸”。提高主軸組件熱穩定性的主要措施是減少發熱、加快散熱、隔離熱源以及采用盡可能合理的結構設計，以使熱變形能得到補償和對加工的影響最小。20溫升和熱變形(熱穩定性)溫升過高會引起兩方面的不良后果21主軸系統必須有足夠的耐磨性，以便能長期保持精度。主軸上易磨損的地方是刀具或工件的安裝部位以及移動式主軸的工作部位。為了提高耐磨性，主軸的上述部位應該淬硬，或者經過氮化處理，以提高其硬度增加耐磨性。主軸軸承也需有良好的潤滑，提高其耐磨性。精度保持性

21主軸系統必須有足夠的耐磨性，以便能長期保持精度。主軸上易22主軸部件的傳動方式齒輪傳動特點是結構簡單、緊湊，能傳遞較大的扭矩，能適應變轉速、變載荷工作，應用最廣。它的缺點是線速度不能過高，通常小于12～15m/s，不如帶傳動平穩。

帶傳動常用的有平帶、三角帶、多楔帶和同步齒形帶等。帶傳動的特點是靠摩擦力傳動（除同步齒形帶外）、結構簡單、制造容易、成本低，特別適用于中心距較大的兩軸間傳動。皮帶有彈性可吸振，傳動平穩，噪聲小，適宜高速傳動。帶傳動在過載中會打滑，能起到過載保護作用。缺點是有滑動，不能用在速比要求準確的場合。電動機直接驅動方式22主軸部件的傳動方式齒輪傳動23電動機直接驅動方式高速內圓磨床電主軸23電動機直接驅動方式高速內圓磨床電主軸242425主軸部件結構設計a)前端配置b)中間配置c）后端配置d),e)兩端配置推力軸承位置配置型式25主軸部件結構設計a)前端配置b)中間配置c）后端配置d)26推力軸承位置配置型式前端配置前支承處軸承較多，發熱大，溫升高；但主軸受熱后向后伸長，不影響軸向精度，對提高主軸部件剛度有利。用于軸向精度和剛度要求較高的高精度機床或數控機床。后端配置前支承處軸承較少，發熱小，溫升低；但是主軸受熱后向前伸長，影響軸向精度。用于軸向精度要求不高的普通精度機床，如立銑、多刀車床等。兩端配置當主軸受熱伸長后，影響主軸軸承的軸向間隙。為避免松動，可用彈簧消除間隙和補償熱膨脹。常用于短主軸，如組合機床主軸。中間配置可減少主軸的懸伸量，并使主軸的熱膨脹向后；但前支承結構較復雜，溫升也可能較高。26推力軸承位置配置型式前端配置27傳動件在主軸上軸向位置的合理布置

a:的傳動件放在兩個支承中間靠近前支承處，受力情況較好，用得最為普遍；b:的傳動件放在主軸前懸伸端，主要用于具有大轉盤的機床，如立式車床、鏜床等，傳動齒輪直接安裝在轉盤上；c:的傳動件放在主軸的后懸伸端，較多地用于帶傳動，為了更換傳動帶方便，如磨床。27傳動件在主軸上軸向位置的合理布置

a:的傳動件放在兩個28主軸

主軸是主軸組件的重要組成部分。它的結構形狀和尺寸、制造精度、材料及其熱處理，對主軸組件的工作性能都有很大影響。主軸的結構形狀:主軸通常是一個前粗后細的階梯軸，即軸徑尺寸從前軸頸起，向后逐漸縮小。這樣的結構，是為了適應主軸各段承受的不同載荷，以滿足剛度要求，同時也為其上的多個零件提供足夠的安裝、定位及止推面，同時也有利于加工和裝配。28主軸

主軸是主軸組件的重要組成部分。它的結構形狀和尺寸、29主軸的材料和熱處理一般機床主軸常用45鋼，調質到200～250HB左右，主軸端部錐孔、定心軸頸或定心圓錐面等部位局部淬硬到50～55HRC。若支承采用滾動軸承，則軸頸可不淬硬，但是為了防止敲碰損傷軸頸的配合表面，常對主軸軸頸處進行淬硬。如果機床主軸有更高要求時，宜選用合金鋼，如對耐磨性要求很高的主軸，常選用38CrMoAlA，并經氮化處理。29主軸的材料和熱處理一般機床主軸常用45鋼，調質到20030主軸主要精度指標前支承軸頸的同軸度約5μm左右；軸承軸頸需按軸承內孔“實際尺寸”配磨，且須保證配合過盈1～5μm；錐孔與軸承軸頸的同軸度為3～5μm，與錐面的接觸面積不小于80%，且大端接觸較好；裝NN3000K型調心圓柱滾子軸承的1∶12錐面，與軸承內圈接觸面積不小于85%。30主軸主要精度指標前支承軸頸的同軸度約5μm左右；軸承31主軸部件中的軸承滾動軸承液體動壓軸承液體靜壓軸承空氣靜壓軸承磁浮軸承31主軸部件中的軸承滾動軸承32主軸的滾動軸承角接觸球軸承：既可以承受徑向載荷，又可承受軸向載荷。常用的接觸角有兩種：α=25°和α=15°。角接觸球軸承32主軸的滾動軸承角接觸球軸承：既可以承受徑向載荷，又可承受33角接觸球軸承角接觸球軸承多用于高速主軸。隨接觸角的不同有所區別，α=25°的軸向剛度較高，但徑向剛度和允許的轉速略低，應用較多；α=15°的轉速可更高些，但軸向剛度較低，常用于不承受軸向載荷的主軸的后軸承。角接觸球軸承為點接觸，剛度較低，為了提高剛度和承載能力，一般采用多聯組配的方式。33角接觸球軸承角接觸球軸承多用于高速主軸。隨接觸角的不同有34角接觸球軸承(a)背靠背,(b)面對面,（c）同向組配(d)三聯組配角接觸球軸承的組配34角接觸球軸承(a)背靠背,(b)面對面,（c）同向組配35角接觸球軸承兩個軸承都能共同承受徑向載荷。背靠背和面對面組配都能承受雙向軸向載荷；同向組配則只能承受單向軸向載荷。背靠背與面對面組配相比，支承點（接觸線與軸線的交點）間的距離AB，前者比后者大，因而能產生一個較大的抗彎力矩，即支承剛度較大。運轉時，軸承外圈的散熱條件比內圈好，因此，內圈的溫度將高于外圈，徑向膨脹的結果將使軸承的過盈加大。軸向膨脹對背靠背組配將使過盈減小，可以補償一部分徑向膨脹，而對于面對面組配，將使過盈進一步增加。基于以上分析，主軸受有彎矩，又屬高速運轉，則主軸軸承必須采用背靠背組配。35角接觸球軸承兩個軸承都能共同承受徑向載荷。背靠背和面對面36雙列短圓柱滾子軸承雙列圓柱滾子軸承

NN3000K（舊標準3182100)型軸承NNU4900K（舊標準4482900)型軸承。兩排直徑和長度相等的短圓柱滾子交錯排列，滾子數量為50～60個，載荷均布。區別：滾道環槽的位置不同。滾道環槽開在內圈上，工藝性好，但調整間隙時易使內圈滾道畸變。滾道環槽開在外圈上，調整間隙時內圈滾道不會發生畸變，但工藝性復雜，不適于小規格的軸承。軸承的間隙調整：軸向移動內圈，改變其在主軸上的位置。特點：徑向剛度和承載能力較大，旋轉精度高，徑向結構緊湊，壽命長，在主軸組件中應用廣泛。但是它不能承受軸向載荷，而需配用推力軸承。36雙列短圓柱滾子軸承雙列圓柱滾子軸承NN3000K（舊37圓錐滾子軸承

雙列圓錐滾子軸承1,4一內圈；2一外圈；3一隔套

修磨隔套3的厚度來調整間隙或預緊。外圈有軸肩，一端抵住箱體或主軸套筒的端面，另一端用法蘭壓緊，以實現軸向定位。因此，箱體孔可做成通孔，便于加工。既可以承受徑向載荷，又可以承受雙向軸向載荷。由于滾子數量多，承載能力和剛度都高，軸承制造精度較高，適用于中低速、中等以上載荷的機床主軸的前支承。但設計選用時，應考慮給予充分的潤滑和冷卻條件．37圓錐滾子軸承雙列圓錐滾子軸承修磨38滾動軸承配置配置形式：速度型、高剛度型和剛度速度型主軸支承的配置—速度型(a)前、后支承均采用雙聯角接觸球軸承，該配置適用于高速、高精度、中等負載的數控車床。(b)采用三聯或四聯角接觸球軸承，后支承用雙聯角接觸球軸承，適用于高速、高精度和較高負載要求的數控機床。38滾動軸承配置配置形式：速度型、高剛度型和剛度速度型主39滾動軸承配置主軸支承的配置—高剛度型(a):前支承是雙列圓柱滾子軸承加雙向角接觸球軸承，能承受較大的徑向和軸向負載，后支承也采用了雙列圓柱滾子軸承。主軸部件具有很高的剛性，且溫升對剛度、精度和壽命的影響較小，適用于要求中速偏高及有強力切削要求的高剛度、較高精度的數控機床。(b):前支承采用雙列圓錐滾子軸承，可承受高的軸向和徑向載荷，后支承采用單列圓錐滾子軸承，但主軸轉速和精度的提高受到限制。適用于中、低速要求和中等精度、重載要求的數控機床。39滾動軸承配置主軸支承的配置—高剛度型(a40滾動軸承配置主軸支承的配置一速度剛度型

前支承采用三聯角接觸球軸承，承受徑向和軸向載荷，后支承采用雙列短圓柱滾子軸承，具有較高的剛度，適用于要求高速、高精度和較大負載的數控機床。40滾動軸承配置主軸支承的配置一速度剛度型前支41幾種典型的主軸軸承配置型式速度型

角接觸球軸承具有良好的高速性能，但它的承載能力較小，因而適用于高速輕載或精密機床，如高速鏜削單元、高速CNC機床等。41幾種典型的主軸軸承配置型式速度型角接觸球軸承具42速度型高速CNC車床主軸部件42速度型高速CNC車床主軸部件43剛度型

前支承采用雙列短圓柱滾子軸承承受徑向載荷，60°角接觸雙列向心推力球軸承承受軸向載荷，后支承采用雙列短圓柱滾子軸承。這種軸承配置的主軸部件，適用于中等轉速和切削負載較大，要求剛度高的機床。如數控車床主軸、鏜削主軸單元等。43剛度型前支承采用雙列短圓柱滾子軸承承受徑向載44剛度型CNC型車床主軸44剛度型CNC型車床主軸45剛度速度型

前軸承的配置特點是：外側的兩個角接觸球軸承大口朝向主軸工作端，承受主要方向的軸向力；第三個角接觸球軸承則通過軸套與外側的兩個軸承背靠背配置，使三聯角接觸球軸承有一個較大支承跨，以提高承受顛覆力矩的剛度。45剛度速度型前軸承的配置特點是：外側的兩個角接觸46剛度速度型46剛度速度型47配置圓錐滾子軸承的機床主軸

結構比采用雙列短圓柱滾子軸承簡化，承載能力和剛度比角接觸球軸承高。但是，因為圓錐滾子軸承發熱大、溫升高，允許的極限轉速要低些。適用于載荷較大、轉速不太高的普通精度的機床主軸。47配置圓錐滾子軸承的機床主軸結構比采用雙列短48臥式鏜銑床主軸部件

1一齒輪2-鏜主軸3-銑主軸4一雙鍵5,6-鏜主軸套7-前軸承

銑主軸3的前軸承采用雙列圓錐滾子軸承，可以承受雙向軸向力和徑向力，承載能力大，剛性好，結構簡單。主運動傳動齒輪1裝在銑主軸3上。銑主軸軸端可裝銑刀盤或平鏇盤，進行銑削加工或車削加工。鏜主軸可在銑主軸內軸向移動，通過雙鍵4傳動，用于孔加工。48臥式鏜銑床主軸部件1一齒輪2-鏜主軸3-銑主49搖臂鉆床主軸部件1一主軸2一主軸套筒3-鍵4-擋油蓋5-螺母6一進給齒輪采用推力球軸承承受兩個方向軸向力的主軸部件，其軸向剛度很高，適用于承受軸向載荷大的機床主軸。49搖臂鉆床主軸部件1一主軸2一主軸套筒3-50滾動軸承精度等級的選擇

a）前軸承偏移量的影響b）后軸承偏移量的影響c)前、后軸承的綜合影響前支承的精度比后支承對主軸部件的旋轉精度影響大。因此軸承精度選取時，前軸承的精度要選得高一點，一般比后軸承精度高一級。50滾動軸承精度等級的選擇a）前軸承偏移量的影響51思考題左圖中：1、a)、b)所示情形下，前后軸承偏移引起主軸端部的偏移總量δ∑是多少？2、c)中的δ∑2是多少？51思考題左圖中：52滾動軸承精度等級的選擇機床主軸軸承的精度除P2,P4,P5,P6（相當于舊標準的B,C,D,E）四級外，新標準中又補充了SP和UP級。SP和UP級的旋轉精度，分別相當于P4和P2級，而內、外圈尺寸精度則分別相當于P5級和P4級。隨著機床向高速、高精度發展，目前普通機床主軸軸承都趨向于取P4(SP）級，P6（舊E級）級軸承在新設計的機床主軸部件中已很少采用。主軸軸承精度52滾動軸承精度等級的選擇機床主軸軸承的精度除P2,P453主軸滾動軸承的預緊適當預緊可提高軸承的剛度和壽命。但是，過度預緊會使滾動體和滾道的變形太大，將導致軸承溫升的提高，并降低軸承壽命。角接觸球軸承的預緊:角接觸球軸承一般必須在軸向有預加載荷條件下才能正常工作。預載荷分為輕、中、重三種，代號為A,B,C。輕預緊適用于高速主軸，中預緊適用于中、低速主軸；重預緊用于分度主軸。53主軸滾動軸承的預緊適當預緊可提高軸承的剛度和壽命。但是，54雙列短圓柱滾子軸承用螺母軸向移動軸承內圈，因內圈孔1:12的錐孔，使內圈徑向漲大，而實現預緊；采用過盈套替代螺母實現預緊。過盈套的結構54雙列短圓柱滾子軸承用螺母軸向移動軸承內圈，因內圈孔1:55角接觸球軸承的預緊a)修磨軸承內圈側面b）修磨調整環c)由彈簧自動預緊55角接觸球軸承的預緊a)修磨軸承內圈側面b）修磨調整環56主軸滑動軸承滑動軸承因具有良好的抗振性，旋轉精度高，運動平穩等特點，應用于高速或低速的精密、高精密機床和數控機床中。滑動軸承按產生油膜的方式，可以分為動壓軸承和靜壓軸承兩類。滑動軸承按流體介質不同可分為液體滑動軸承和氣體滑動軸承。56主軸滑動軸承滑動軸承因具有良好的抗振性，旋轉精度高，運57動壓軸承工作原理：當主軸旋轉時，帶動潤滑油從間隙大處向間隙小處流動，形成壓力油楔而產生油膜壓力將主軸浮起。動壓軸承按油楔數分為單油楔和多油楔。多油楔軸承有固定多油楔和活動多油楔兩類。57動壓軸承工作原理：當主軸旋轉時，帶動潤滑油從間隙大處向58固定多油楔滑動軸承a)主軸組件b)軸瓦c)軸承工作原理1一軸瓦2,5一止推環3一轉動螺母4-螺母6一軸承58固定多油楔滑動軸承a)主軸組件59活動多油楔滑動軸承a),b)軸承結構示意圖c)軸承工作原理59活動多油楔滑動軸承a),b)軸承結構示意圖c)60液體靜壓軸承液體靜壓軸承系統由一套專用供油系統、節流器和軸承三部分組成。靜壓軸承由供油系統供給一定壓力油，輸進軸和軸承間隙中，利用油的靜壓力支承載荷，軸頸始終浮在壓力油中。軸承油膜壓強與主軸轉速無關，承載能力不隨轉速而變化。靜壓軸承與動壓軸承相比有如下優點：承載能力高；旋轉精度高；油膜有均化誤差的作用，可提高加工精度；抗振性好；運轉平穩；既能在極低轉速下工作，也能在極高轉速下工作；摩擦小，軸承壽命長。主要的缺點是需要一套專用供油設備，軸承制造工藝復雜、成本較高。60液體靜壓軸承液體靜壓軸承系統由一套專用供油系統、節流器和61液體靜壓軸承定壓式靜壓軸承61液體靜壓軸承定壓式靜壓軸承62空氣靜壓軸承用空氣作為介質的靜壓軸承稱為氣體靜壓軸承，也稱為氣浮軸承或空氣軸承，其工作原理與液體靜壓軸承相同。由于空氣的粘度比液體小得多，摩擦小，功率損耗小，能在極高轉速或極低溫度下工作，振動、噪聲特別小，旋轉精度高，（一般0.1μm以下），壽命長，基本上不需要維護，用于高速、超高速、高精度機床主軸部件中。62空氣靜壓軸承用空氣作為介質的靜壓軸承稱為氣體靜壓軸承，也63空氣靜壓軸承具有徑向圓柱與平面止推型軸承的主軸部件CUPE高精度數控金剛石車床1一低膨脹材料2-聯軸節3、5、9、10——徑向軸承4——驅動電動機11、6一止推軸承7一冷卻裝置8一熱屏蔽裝置12一金剛石砂輪63空氣靜壓軸承具有徑向圓柱與平面止推型軸承的主軸部件64空氣靜壓軸承采用雙半球形氣體靜壓軸承大型超精加工車床的主軸部件。此種軸承的特點是氣體軸承的兩球心連線就是機床主軸的旋轉中心線，它可以自動調心，前后軸承的同心性好，采用多孔石墨，可以保證剛性達300N/μm以上，回轉誤差在0.1μm以下。CUPE的PG1505空氣靜壓軸承64空氣靜壓軸承采用雙半球形氣體靜壓軸承CUPE的PG1565空氣靜壓軸承前端為球形，后端為圓柱形或半球形1一徑向軸承2一壓縮空氣3一軸4-球體5-壓縮空氣6一球面軸承7一球面座65空氣靜壓軸承前端為球形，后端為圓柱形或半球形66磁浮軸承主要由以下三部分組成：電磁驅動機構，傳感器，控制器及算法。磁浮軸承的結構與馬達類似，電磁鐵除了產生力矩以外，還產生使轉子懸浮的吸引力。轉子與定子的間隙一般為0.5mm—2mm。主軸位置傳感器用于給控制系統提供反饋，一般情況下設置四個徑向傳感器一個軸向傳感器。控制器通過對電流大小的調節而控制主軸的位置。

磁浮軸承66磁浮軸承主要由以下三部分組成：電磁驅動機構，傳感器，控制676768磁浮軸承的特點無機械磨損，理論上無速度限制；運轉時無噪聲，溫升低、能耗小；不需要潤滑，不污染環境，省掉一套潤滑系統和設備；能在超低溫和高溫下正常工作，也可用于真空、蒸汽腐蝕性環境中。裝有磁浮軸承的主軸可以適應控制，通過監測定子線圈的電流，靈敏地控制切削力，通過檢測切削力微小變化控制機械運動，以提高加工質量。因此磁浮軸承特別適用于高速、超高速加工。國外已有高速銑削磁力軸承主軸頭和超高速磨削主軸頭，并已標準化。68磁浮軸承的特點無機械磨損，理論上無速度限制；運轉時無噪69磁浮軸承高速主軸69磁浮軸承高速主軸主軸組件設計主軸組件設計3.1主軸組件的基本要求

3.2主軸軸承的選擇與配置

3.3主軸

3.4主軸組件的計算

3.5提高主軸組件性能的措施

3.1主軸組件的基本要求3.1主軸組件的基本要求旋轉精度靜剛度抗振性熱變形耐磨性3.1主軸組件的基本要求旋轉精度1．旋轉精度主軸作旋轉運動時線速度為零的點的連線稱為主軸的旋轉中心線。在理想狀態下，該線即為主軸的幾何中心線，其位置是不隨時間而變化的。由于制造和裝配等誤差的影響，主軸旋轉時，該線的空間位置每時每刻都在發生著變化。瞬時旋轉中心線相對于理想旋轉中心線在空間位置上的偏差，即主軸旋轉時的瞬時誤差（旋轉誤差），其范圍就為主軸的旋轉精度，1．旋轉精度主軸作旋轉運動時線速度為零的點的連線稱為主軸的1．旋轉精度主軸組件的旋轉精度是指專機在空載低速轉動時，在主軸前端定位面上測得的徑向圓跳動、端面圓跳動和軸向竄動值的大小。

主軸組件的旋轉精度是在靜態無載條件下測出的。如果在工作條件下，則旋轉精度就會有所不同，這種精度稱為運動精度，是動態的旋轉精度。

1．旋轉精度主軸組件的旋轉精度是指專機在空載低速轉動時，在主軸組件的旋轉精度

軸承精度和間隙與軸承相配合零件（箱體、主軸本身）的精度軸承安裝、調整主軸轉速軸承組合設計軸承的性能主軸組件的旋轉精度軸承精度和間隙2.靜剛度

靜剛度簡稱為剛度。主軸組件的剛度是指在外加載荷作用下抵抗變形的能力。指在主軸工作端部作用一個靜態力F（或扭矩M）時，F與主軸在F作用方向上所產生的變形y之比徑向剛度、軸向剛度、扭轉剛度對于大多數專機來說，主軸的徑向剛度是主要的。2.靜剛度靜剛度簡稱為剛度。影響主軸組件剛度的主要因素

主軸的結構型式及尺寸軸承的類型、配置及預緊傳動件的布置方式主軸組件的制造與裝配質量影響主軸組件剛度的主要因素主軸的結構型式及尺寸3．抗振性主軸組件的抗振性是指機器工作時主軸組件抵抗振動、保持主軸平穩運轉的能力。主軸組件的振動會影響工件的表面質量、刀具的耐用度和主軸軸承的壽命，還會產生噪聲而影響工作環境。3．抗振性主軸組件的抗振性是指機器工作時主軸組件抵抗振動、4．熱變形主軸組件的熱變形是指機器工作時，因各相對運動處的摩擦和攪油等耗損而發熱造成的溫差，使主軸組件在形狀和位置上產生的畸變。熱變形可在主軸組件運轉一段時間后因發熱而造成的各部分位置變化來度量，也可以用溫升近似地表示。主軸組件的熱變形會使主軸伸長，使軸承的間隙發生變化，軸心位置偏移等；潤滑油溫度升高后，使黏度下降，從而降低軸承的承載能力。4．熱變形主軸組件的熱變形是指機器工作時，因各相對運動處的影響主軸組件溫升和熱變形的主要因素

軸承的類型、配置方式和預緊力的大小

潤滑方式

散熱條件

影響主軸組件溫升和熱變形的主要因素軸承的類型、配置方式和預一般規定，使用滑動軸承時，主軸軸承溫度不得超過60℃，對于高精度機床不得超過室溫10℃。滾動軸承的允許溫度可參閱表3．1(在室溫為20℃的條件下）。

一般規定，使用滑動軸承時，主軸軸承溫度不得超過60℃，對于高5．耐磨性主軸組件的耐磨性是指長期地保持其原始制造精度的能力，即精度的保持性。主軸組件的各滑動表面（包括主軸端部定位面、錐孔與滑動軸承配合的軸頸表面，軸向移動的主軸組件的導向表面等）都必須具有很高的硬度，以保持其耐磨性。滑動和滾動軸承的磨損不僅使主軸組件喪失了原有的運轉精度，而且將降低剛度和抗振性，因此必須保證這些部分的耐磨性和具有調整的可能性。5．耐磨性影響耐磨性的主要因素主軸、軸承的材料與熱處理軸承（或襯套）類型潤滑方式影響耐磨性的主要因素主軸、軸承的材料與熱處理3.2主軸軸承的選擇與配置

3.2.1主軸滾動軸承的類型

3.2.2主軸滾動軸承的配置型式

3.2.3滾動軸承的剛度確定

3.2.4滾動軸承間隙的調整和預緊

3.2主軸軸承的選擇與配置3.2.1主軸滾動軸承的類型3.2.1主軸滾動軸承的類型雙列圓柱滾子軸承雙向推力角接觸球軸承雙列圓錐滾子軸承加梅（Gamet）軸承3.2.1主軸滾動軸承的類型雙列圓柱滾子軸承1．雙列圓柱滾子軸承滾子多，兩列滾子交叉排列，旋轉時剛度的變化較小。內圈為1：12的錐孔，與主軸的錐形軸頸相配合。軸向移動內圈，可把內圈脹大，以消除間隙或預緊，故該軸承的徑向剛度較大。雙列圓柱滾子軸承只能承受徑向載荷。一般常和推力軸承配套使用，能承受較大的徑向載荷和軸向載荷，適用于載荷和剛度較高、中等轉速的主軸組件前支承上。1．雙列圓柱滾子軸承滾子多，兩列滾子交叉排列，旋轉時剛度的2.雙向推力角接觸球軸承這種軸承的接觸角α=60?，由外圈3、左右內圈1和6、左右兩列滾珠2和5及保持架、隔套4組成，如圖3.4所示。修磨隔套4的厚度，可以精確調整間隙或預緊。外圈和箱體孔為間隙配合，安裝方便，且不承受徑向載荷；常與雙列圓柱滾子軸承配套使用，用于主軸組件的前支承。2.雙向推力角接觸球軸承這種軸承的接觸角α=60?，由外圈3.雙列圓錐滾子軸承有一個公用外圈和兩個內圈，外圈的凸肩靠住箱體或主軸套筒的端面，實現軸向定位，用法蘭壓緊另一端面。凸肩上還有缺口，插入螺釘防止外圈轉動。修磨中間隔套可以調整間隙或預緊。既可承受徑向載荷，又可承受雙向軸向載荷，承載能力和剛度都較大，并且結構簡單，適用于中低速、中等以上載荷的主軸組件前支承3.雙列圓錐滾子軸承有一個公用外圈和兩個內圈，外圈的凸肩靠4.加梅（Gamet）軸承圖3.5b為H系列，用于前支承；圖3.5c為P系列，用于后支承，配套使用。這種軸承與一般圓錐滾子軸承的不同點是它的滾子制成中空的，轉動時在離心力的作用下形成良好的循環潤滑；H系列的兩列滾子數目差一個，改善了動態特性;P系列的外環上有彈簧（16-20個）用作預緊。4.加梅（Gamet）軸承圖3.5b為H系列，用于前支承；3.2.2主軸滾動軸承的配置型式主軸軸承的選擇和配置取決于承受載荷的大小、方向及其性質，轉速大小，精度高低等因素。承載能力和疲勞壽命不是選擇主軸軸承的主要依據。3.2.2主軸滾動軸承的配置型式主軸軸承的選擇和配置取決于3.2.2主軸滾動軸承的配置型式載荷較大轉速較高時，采用雙列圓柱滾子軸承和接觸角為60°的雙向推力角接觸球軸承組合轉速為中、低速時，采用雙列圓柱滾子軸承和推力球軸承或圓錐滾子軸承的組合3.2.2主軸滾動軸承的配置型式載荷較大轉速較高時，采用雙列3.2.2主軸滾動軸承的配置型式載荷中等轉速較高時，采用雙列圓柱滾子軸承和角接觸球軸承的組合或采用前后支承都是角接觸球軸承的組合轉速為中、低速時，可采用兩個圓錐滾子軸承做前后支承軸承3.2.2主軸滾動軸承的配置型式載荷中等轉速較高時，采用雙3.2.2主軸滾動軸承的配置型式載荷較小轉速較高時，可采用前后支承都是單列角接觸球軸承的組合，如果要提高軸向剛度可每個支承并列兩個軸承轉速為中、低速時，可采用深溝球軸承和推力球軸承的組合3.2.2主軸滾動軸承的配置型式載荷較小轉速較高時，可采用3.2.3滾動軸承的剛度確定滾動軸承的剛度一般是指徑向剛度。徑向剛度是軸承的徑向載荷與徑向位移之比值。徑向位移包括軸承本身的彈性位移和軸承環與主軸軸頸及箱體孔的配合表面間的接觸變形。3.2.3滾動軸承的剛度確定滾動軸承的剛度一般是指徑向剛度3.2.4滾動軸承間隙的調整和預緊滾動軸承具有合適的間隙或過盈量，不僅能提高主軸組件的工作性能，而且還可以保證軸承有較長的壽命。因此，主軸組件中應設有間隙調整機構，以保證主軸軸承保持合理的間隙或過盈量。主軸軸承在裝配時要進行預緊、調整間隙，在使用時會出現間隙或過盈量的變化，還應該進行重新調整。因此，采用間隙調整的方法來保持各類軸承合理的間隙或過盈是十分必要的，并必須力求調整方便、可靠。3.2.4滾動軸承間隙的調整和預緊滾動軸承具有合適的間隙或常見的滾動軸承間隙調整的結構：1.對于帶錐孔的雙列圓柱滾子軸承（NN3000K)它是移動軸承內圈使其錐孔與軸頸外錐面作相對移動，從而使內圈產生徑向彈性變形來調整軸承的間隙或過盈量。

2.對于角接觸軸承

它是通過使其內、外圈產生相對位移來實現間隙調整的。

常見的滾動軸承間隙調整的結構：1.對于帶錐孔的雙列圓柱滾子3.3主軸3.3.1主軸的結構

3.3.2主軸的材料和熱處理

3.3.3主軸的技術要求

3.3主軸3.3.1主軸的結構3.3.1主軸的結構在一般情況下，軸的設計取決于剛度，而不是其機械強度。因此，主軸的構造和形狀主要取決于軸上所安裝的傳動件和軸承等零件的類型、數量、位置和安裝方法等。同時，還應考慮主軸的加工和裝配的工藝性。為了便于裝配，常把主軸做成階梯形。

主軸端部的形狀與尺寸，必須相配于工作機構。對于通用機床主軸端部的形狀和尺寸已標準化，可參見“金屬切削機床設計手冊”得出。

3.3.1主軸的結構在一般情況下，軸的設計取決于剛度，而不3.3.2主軸的材料和熱處理沒有特殊要求時—應優先選用價格便宜的優質結構鋼，如45鋼或60鋼，調質到220一250HB。在端部錐孔、定心軸頸或定心錐面等部位，采用高頻淬火至50～55HRC。裝滾動軸承處的軸頸可不淬硬。裝滑動軸承的軸頸處需高頻淬硬，以保證其耐磨性。

中等精度、轉速

—40Cr等合金結構鋼，調質、淬火

高精度軸—軸承鋼GCr15、彈簧鋼65Mn，調質、淬火高轉速、重載

—20CrMnTi、20Cr，38CrMoAlA

滲碳淬火或氮化

3.3.2主軸的材料和熱處理沒有特殊要求時—應優先選用價格3.3.3主軸的技術要求主軸的精度直接影響到主軸組件的旋轉精度。主軸和軸承、齒輪等零件相連接處的表面幾何形狀誤差和表面粗糙度關系到接觸精度。因此，主軸的技術要求，應根據專機精度標準有關的項目制定。具體的技術要求可參閱有關的主軸組件而確定。3.3.3主軸的技術要求主軸的精度直接影響到主軸組件的旋轉3.4主軸組件的計算3.4.1主軸組件計算時支承的簡化

3.4.2主軸結構參數的確定

3.4.3傳動件的布置

3.4.4主軸組件的兩支承的最佳跨距的計算

3.4.5主軸組件采用三支承的跨距的確定

3.4.6主軸組件的剛度校核

3.4主軸組件的計算3.4.1主軸組件計算時支承的簡化3.4.1主軸組件計算時支承的簡化深溝球軸承、單列或雙列圓柱滾子軸承，簡化后的支承點在軸承中部。圓錐滾子軸承或角接觸球軸承，則支承點在接觸線與軸線交點處，如圖3.9b,c。因此，這類軸承應使大口朝外，以使主軸前端的懸伸量減少。

3.4.1主軸組件計算時支承的簡化深溝球軸承、單列或雙列圓3.4.1主軸組件計算時支承的簡化如一支承上安裝兩個軸承時，對于角接觸軸承采用反裝法可以提高其支承剛度，而支承點應在前端軸承的接觸線與軸線交點處，如圖3.9d所示。對于接觸角為0o的向心軸承，則支承點在前端一個軸承中部，如圖3.9e所示。其理由為預緊發生在前面一列滾子（或滾珠）與后軸承之間。3.4.1主軸組件計算時支承的簡化如一支承上安裝兩個軸承時3.4.1主軸組件計算時支承的簡化如三聯角接觸球軸承，前兩軸承為同向組合，接觸線朝前（大口朝外），后軸承與之背靠背（反裝），則支承點應在前面第一個軸承的接觸線與軸線交點處，如圖3.9f所示。數控車床主軸的前支承常采用三聯軸承組合安裝。3.4.1主軸組件計算時支承的簡化如三聯角接觸球軸承，前兩3.4.2主軸結構參數的確定主軸結構參數主要包括主軸前后支承軸頸D1,D2

、主軸內孔直徑d(指空心主軸）、前端的懸伸量a主軸的支承跨距L

3.4.2主軸結構參數的確定主軸結構參數主要包括1．主軸直徑的確定根據材料力學可知，主軸的剛度與其慣性矩成正比，而慣性矩與軸的直徑的4次方成正比。主軸直徑越大，剛度值越大，但直徑越大后，會使材料增加，重量增大，使主軸上的傳動件和軸承以及主軸箱尺寸增大；而且由于軸承線速度提高，增加了軸承的發熱量。因此，主軸直徑D1或D2應在合理范圍內盡量選大些，以滿足剛度的要求，并兼顧結構緊湊。為便于安裝傳動件及支承件，主軸通常為階梯形，各段直徑向尾端逐漸減小。各段直徑中最重要的，并對主軸結構尺寸有決定性影響的是同主軸前軸承相配合的軸頸直徑D1。1．主軸直徑的確定根據材料力學可知，主軸的剛度與其慣性矩成2.主軸內孔直徑d的確定對于空心主軸，內孔直徑d的大小，應在滿足主軸的剛度前提下盡量取大值。2.主軸內孔直徑d的確定對于空心主軸，內孔直徑d的大小，應3.主軸前端部懸伸量的確定主軸前端懸伸量a是指主軸前支承徑向支反力作用點到前端受力作用點之間的距離。懸伸量a一般取決于主軸端部的結構型式和尺寸、主軸軸承的布置形式及密封形式。經分析可得，縮短懸伸量a可以明顯地提高主軸組件的剛度和抗振性。設計時，在滿足結構要求的前提下應盡可能取小值，以提高主軸的剛度。3.主軸前端部懸伸量的確定主軸前端懸伸量a是指主軸前支承徑3.4.3傳動件的布置主軸組件一般都由帶或齒輪來傳動。通常，主軸前端受到工作載荷（力或扭矩）的作用，而主軸中間或后端受到齒輪或帶傳動的力的作用。在這些力（或扭矩）作用下，主軸產生彎曲和扭轉變形，各支承受到壓力。在結構允許的條件下，合理地布置這些傳動件的位置和傳動力的方向，可以減少主軸的受力和變形，提高主軸組件的剛度和抗振性。同時，主軸組件的剛度還與支承跨距L有關。3.4.3傳動件的布置主軸組件一般都由帶或齒輪來傳動。通常1．傳動件的位置帶傳動裝置多半裝在后軸承的外側，以防止膠帶沾油和便于膠帶更換。為了改善主軸的受力變形情況，有時可采用卸荷式帶輪結構，這樣，傳動力對主軸只產生扭矩而不產生彎矩，消除了傳動力所引起的主軸彎曲變形。主軸上的傳動齒輪一般安裝在各主軸支承之間。為了減少主軸的彎曲變形和扭轉變形，應盡可能縮短主軸受扭部分的長度，即將齒輪安置在靠近主軸前支承處。當主軸上的傳動齒輪有兩個時，應使傳遞扭矩大的那個齒輪更靠近前支承。1．傳動件的位置帶傳動裝置多半裝在后軸承的外側，以防止膠帶2.傳動力的位置和方向先假定工作載荷F與傳動力FQ作用在同一平面內，這樣主軸端部上引起的撓度為最大，是一種最差的狀態。主軸受力變形時，其端部的撓度和支承上受力的大小與作用在主軸上的傳動力的位置和方向有關2.傳動力的位置和方向先假定工作載荷F與傳動力FQ作用在同1）如圖3.10a所示，帶輪安裝在主軸后軸承外側，FQ與F同向，不能使作用力F和傳動力FQ所引起的主軸前端變形部分地相互抵消。所以，這種布局可用于膠帶拉力較小的場合。若膠帶拉力很大，則可考慮采用卸荷式帶輪結構。1）如圖3.10a所示，帶輪安裝在主軸后軸承外側，FQ與F同2）如圖3.10b所示，當作用力F和傳動力FQ均作用在主軸前端，二者方向相反時，能使引起的主軸前端變形部分地抵消。此外，前支承支反力也較小，主軸受扭長度也較短，但是傳動件需要安裝在前支承外側，增加了主軸的懸伸長度，結構上也較復雜。2）如圖3.10b所示，當作用力F和傳動力FQ均作用在主軸3）如圖3.10c,d所示，大多數機床或專用機床均采用這種布局。圖3.10c所示的F與FQ的方向相同，能使引起的主軸前端變形抵消一部分，但前軸承的受力較大，要求前軸承有較高的承載能力和剛度。在一般設計中，前軸承直徑通常大于后軸承，因而前、后軸承的壽命反而比較接近。圖3．10d所示的F與FQ的方向相反，則主軸前端的變形較大，而前軸承受力卻較小。3）如圖3.10c,d所示，大多數機床或專用機床均采用這種布3.4.4主軸組件的兩支承的最佳跨距的計算主軸組件所承受的外力通常是作用在主軸前端的徑向力F和力偶矩M以及作用在主軸某處的傳動力FQ。這些作用力將使主軸端部發生撓度，它直接影響主軸組件的工作性能。它是由主軸本身的剛度及其主軸支承的剛度所決定。根據力的獨立性原理，分別考慮在F,M、凡的單獨作用下求出主軸前端的撓度，然后進行向量合成，得出前端的撓度。當L=L。（主軸組件的最佳跨距）時，主軸端部的總撓度為最小（Y=Ymin），即主軸組件具有最大的剛度。3.4.4主軸組件的兩支承的最佳跨距的計算主軸組件所承受的3.4.5主軸組件采用三支承的跨距的確定大多數的主軸組件采用前后兩支承。如果前后軸承間距太大（L遠大于L。），可以加第三支承以提高剛度而成為三支承主軸組件。三支承主軸有兩種情況：前、后支承為主，中間支承為輔；前、中支承為主，后支承為輔。3.4.5主軸組件采用三支承的跨距的確定大多數的主軸組件采3.4.5主軸組件采用三支承的跨距的確定在三支承中，“主”支承應消除間隙或預緊，“輔”支承則應保留游隙以至選用較大的游隙，且不能預緊，決不能三個軸承都預緊，否則會發生干涉。在一般情況下，前支承必須為主支承，否則會影響到主軸前端的旋轉精度。“主”支承既可用圓柱滾子軸承，也可用圓錐滾子軸承。“輔”支承通常用深溝球軸承或圓柱滾子軸承。3.4.5主軸組件采用三支承的跨距的確定在三支承中，“主”3.4.5主軸組件采用三支承的跨距的確定當傳動力對主軸的作用點較靠近中支承時，以前、中支承為主要支承可以提高主軸組件的剛度的抗振性；當傳動力對主軸的作用點靠近后支承時，宜以前、后支承為主要支承；當傳動力對主軸的作用點靠近前支承時，可以前、中支承為主要支承，也可以前、后支承為主要支承有資料推薦：當L12＝L0p時，可取L12=0.42L13。L12為前、中支承的跨距；L13為前、后支承的跨距；L0p為兩支承的最佳跨距。3.4.5主軸組件采用三支承的跨距的確定當傳動力對主軸的作3.4.6主軸組件的剛度校核對一般設備中的主軸，主要進行剛度驗算。通常，如果能滿足剛度要求，也就能滿足強度要求。只有對重載荷（如粗加工）的主軸才需進行強度驗算；對于高速主軸，有時需要進行臨界轉速的驗算，以防發生共振。3.4.6主軸組件的剛度校核對一般設備中的主軸，主要進行剛3.5提高主軸組件性能的措施3.5.1徑向圓跳動量的測定

3.5.2滾動軸承的定向誤差裝配

3.5提高主軸組件性能的措施3.5.1徑向圓跳動量的測定3.5.1徑向圓跳動量的測定對于深溝球軸承等：被測定軸承放在V型鐵上，如圖3.15所示。測量表頭指向軸承內孔最低點，然后轉動內圈，測出最高點并在內圈端面上用硫酸銅溶液標記。對于NN3000等軸承：測量時，應將軸承平放在平臺上，并將外圈固定，測量方法同上，找出內

圈的最高點，并在內圈端面上用硫酸銅溶液標記對主軸內錐孔：以主軸軸頸為定位面，將主軸固定在V型鐵上，插入主軸錐孔的測量心棒，就可測出錐孔相對于軸頸的最低點，其值為中心線的偏移量。3.5.1徑向圓跳動量的測定對于深溝球軸承等：被測定軸承3.5.2滾動軸承的定向誤差裝配主軸的前端必須要有定位表面（外圓柱表面或前錐孔表面）。在安裝軸承前，必須首先測出軸承內圈及定位表面的徑向圓跳動量，然后再按定向裝配法來裝配軸承，便可達到提高主軸的旋轉精度的目的。3.5.2滾動軸承的定向誤差裝配主軸的前端必須要有定位表面謝謝！謝謝！軸向竄動徑向圓跳動

角度擺角

軸向竄動徑向圓跳動角度擺角主軸旋轉誤差綜合主軸旋轉誤差綜合主軸組件設計資料全課件主軸組件設計資料全課件主軸組件設計資料全課件主軸組件設計資料全課件主軸組件設計資料全課件主軸組件設計資料全課件主軸組件設計資料全課件一、數控車床主軸部件的結構與調整（1)主軸部件結構

CK7815型數控車床主軸部件結構如圖所示，該主軸工作轉速范圍為15-5000r/min。主軸9前端采用三個角接觸軸承12，通過前支承套14支套，由螺母11預緊。后端采用圓柱滾子軸承15支承徑向間隙由螺母3和螺母7調整。螺母8和螺母10分別用來鎖緊螺母7和螺母11，防止螺母7和11的回松。帶輪2直接安裝在主軸9上（不卸荷）。同步帶輪1安裝在主軸9后端支承與帶輪之間，通過同步帶和安裝在主軸脈沖發生器4軸上的另一同步帶輪相連，帶動主軸脈沖發生器4和主軸同步運動。在主軸前端，安裝有液壓卡盤或其他夾具。一、數控車床主軸部件的結構與調整（1)主軸部件結構

CK7815型數控車床主軸部件結構圖CK7815型數控車床主軸部件結構圖知識拓展角接觸球軸承可以同時承受徑向載荷和軸向載荷，也可以承受純軸向載荷，其軸向載荷能力由接觸角僅（載荷作用線與軸承徑向平面之間的夾角）決定，接觸角越大，承受軸向載荷的能力也越大。角接觸球軸承的裝球數量比深溝球軸承多，因而載荷容量在球軸承中最大，剛性也大，且可預凋，工藝性好，公差等級是球軸承中最高的類型之一，尤其適用于高速、高精度的場合。

此類軸承適用于支承間距不大，雙支承軸上，如機床主軸，尤其是磨床砂輪軸，內燃機液力變速箱、蝸桿減速器、電鉆、離心機和增壓器等。知識拓展角接觸球軸承可以同時承受徑向載荷和軸向載荷，也可以承2、

加工中心主軸部件的結構與功能行程開關彈簧壓縮空氣管接頭鋼球端面鍵液壓缸液壓缸碟形彈簧拉桿主軸刀柄拉釘行程開關2、

加工中心主軸部件的結構與功能行程開關彈簧壓縮空氣管接頭加工中心主軸部件的結構如圖所示，主軸前端有7：24的錐孔，用于裝夾錐柄刀具。端面鍵13既作刀具定位用，又可通過它傳遞轉矩。為了實現刀具的自動裝卸，主軸內設有刀具自動夾緊裝置。從圖中可以看出，該機床是由拉緊機構拉緊錐柄刀夾尾端的軸頸來實現刀夾的定位及夾緊的。1、夾緊刀夾時，液壓缸上腔接通回油，彈簧11推活塞6上移，處于圖示位置，拉桿4在碟形彈簧5的作用下向上移動。2、裝在拉桿前端徑向孔中的4個鋼球12進人主軸孔中直徑較小的d2處被迫徑向收攏而卡進拉釘2的環形凹槽內，因而刀桿拉桿拉緊，依靠摩擦力緊固在主軸上。3、換刀前需將刀夾松開時，壓力油進入液壓缸上腔，活塞6推動拉桿4向下移動，碟形彈簧被壓縮；4、當鋼球12隨拉桿一起下移至進人主軸孔中直徑較大的d1，處時，它就不再能約束拉釘的頭部，緊接著拉桿前端內孔的臺肩端面碰到拉釘，把刀夾頂松，此時行程開關10發出信號，換刀機械手隨即將刀夾取下。5、壓縮空氣由管接頭9經活塞和拉桿的中心通孔吹人主軸裝刀孔內，把切屑或臟物清除干凈，以保證刀具的裝夾精度。機械手把新刀裝上主軸后，液壓缸7接通回油，碟形彈簧又拉緊刀夾。刀夾拉緊后，行程開關8發出信號。加工中心主軸部件的結構如圖所示，主軸前端有7：24的錐孔加工中心主軸刀柄刀柄拉釘加工中心主軸刀柄刀柄拉釘3、數控機床主軸維護特點（1）、主軸潤滑

保證主軸有良好的潤滑，減少摩擦發熱，同時又能把主軸組件的熱量帶走，通常采用的是循環潤滑系統。有兩種方式：1）油氣潤滑方式定時定量的把油霧送進軸承空隙中2）噴注潤滑方式用較大流量的恒溫油噴注到主軸軸承上，達到潤滑、冷卻的目的。3、數控機床主軸維護特點（1）、主軸潤滑（2）防泄漏圖中(a)是利用軸承蓋與軸的間隙密封，軸承蓋的孔內開槽是為了提高密封效果，這種密封用在工作環境比較清潔的油脂潤滑處；圖中(b)是在螺母2的外圓上開鋸齒形環槽，當油向外流時，靠主軸轉動的離心力把油沿斜面甩到端蓋1的空腔內，油液流回箱內；圖中(c)是迷宮式密封結構，在切屑多，灰塵大的工作環境下可獲得可靠的密封效果，這種結構適用油脂或油液潤滑的密封。非接觸式的油液密封時，為了防漏，重要的是保證回油能盡快排掉，要保證回油孔的暢通。（2）防泄漏圖中(a)是利用軸承蓋與軸的間隙密臥式加工中心主軸前支承處采用的雙層小間隙密封裝置。主軸前端車出兩組鋸齒形護油槽，在法蘭盤4和5上開溝槽及泄漏孔，當噴人軸承2內的油液流出后被法盤4內壁擋住，并經其下部的泄油槽9和套筒3上的回油斜孔8流回箱，少量油液沿主軸6流出時，主軸護油槽在離心力的作用下被甩至法蘭盤4的溝槽內，經回油斜孔8重新流回油箱，達到了防止潤滑介質泄漏的目的。臥式加工中心主軸前支承處采用拓展知識1、電主軸功能及結構數控機床為了實現高速、高效、高精度的加工，要采用特定的主軸功能部件．并且要具有大功率、寬調速范圍的特性。最適合高速運轉的主軸形式是將主軸電機的定子、轉子直接裝人主軸單元內部（稱之為電主軸），通過交流變頻控制系統，使主軸獲得所需的工作速度和扭矩。電主軸結構緊湊、速度快、轉動效率高，取消了傳動帶、帶輪和齒輪等環節，實現“零傳動”，大大減少了主傳動的轉動慣量，提高了主軸動態響應速度和工作精度，徹底解決了主軸高速運轉時傳動帶和帶輪等傳動件的振動和噪聲問題。以往電主軸主要用于軸承行業的高速內圓磨削，隨著數控技術和變頻技術的發展，電主軸在數控機床中的應用越來越廣泛，不僅在高速切削機床上得到廣泛應用，也應用于對工件加工有高效率、高表面質量要求的場合以及小孔的加工。

一般主軸轉速越高，，加工的表面質量越好，尤其是對于直徑為零點幾毫米的小孔，采用高轉速的主軸有利于提高內孔加工質量。拓展知識1、電主軸功能及結構2、電主軸的主要技術特點高速軸承技術高速電機技術潤滑冷卻裝置內置脈沖編碼器自動換刀裝置高速刀具的裝夾方式高頻變頻裝置2、電主軸的主要技術特點本ppt文檔包含以下內容:(本ppt借鑒了許多老師成果)主傳動系統方案的選擇確定主軸組件設計計算一、主軸組件設計要求二、主軸組件結構尺寸及材料確定主軸前后直徑d1、d2的確定主軸內孔直徑d的確定主軸懸伸量a的確定主軸軸承支撐跨距L的確定主軸端部結構尺寸的確定主軸材料選擇三、主軸組件軸承選擇設計計算（一）主軸組件軸承類型的選擇（二）主軸組件軸承配置的選擇（三）主軸組件軸承的精度（四）主軸組件軸承的潤滑與密封（五）主軸組件軸承預緊和間隙調整本ppt文檔包含以下內容:(本ppt借鑒了許多老師成果)主軸組件設計一、主軸組件應滿足的基本要求1、旋轉精度2、靜剛度3、動剛度4、溫升與熱變形5、精度保持性主軸組件設計一、主軸組件應滿足的基本要求1、主軸組件設計二、主軸滾動軸承優點：（1）足夠的剛度、高旋轉精度、變轉速和變載荷下工作平穩；（2）質量穩定、成本低、經濟性好；（3）容易潤滑。缺點：（1）旋轉中徑向剛度變化大；（2）摩擦力大，阻尼小；（3）徑向尺寸大1、軸承的特點主軸組件設計二、主軸滾動軸承優點：（1）足夠的剛度、高旋轉精二、主軸滾動軸承（續）2、主軸滾動軸承的類型選擇（1）雙列圓柱滾子軸承（2）雙列推力角接觸球軸承二、主軸滾動軸承（續）2、主軸滾動軸承的類型選擇（1）雙列圓二、主軸滾動軸承（續）2、主軸滾動軸承的類型選擇（3）角接觸球軸承二、主軸滾動軸承（續）2、主軸滾動軸承的類型選擇（3）角接觸二、主軸滾動軸承（續）2、主軸滾動軸承的類型選擇角接觸球軸承組合二、主軸滾動軸承（續）2、主軸滾動軸承的類型選擇角接觸球軸承二、主軸滾動軸承（續）2、主軸滾動軸承的類型選擇（4）雙列圓錐滾子軸承二、主軸滾動軸承（續）2、主軸滾動軸承的類型選擇（4）雙列圓二、主軸滾動軸承（續）3、軸承的精度選擇應采用P2、P4、P5級和SP、UP級（1）切削力方向固定不變的主軸，旋轉精度決定于軸承內圈徑向跳動。（2）切削力方向隨主軸旋轉同步變化的主軸，旋轉精度決定于外圈徑向跳動。（3）前軸承的精度對主軸的影響較大，前軸承的精度應比后軸承高一級。（理論證明略）二、主軸滾動軸承（續）3、軸承的精度選擇應采用P2、P4、P二、主軸滾動軸承（續）3、軸承的精度選擇應采用P2、P4、P5級和SP、UP級（3）前軸承的精度對主軸的影響較大，前軸承的精度應比后軸承高一級二、主軸滾動軸承（續）3、軸承的精度選擇應采用P2、P4、P二、主軸滾動軸承（續）4、軸承剛度

滾動軸承的剛度隨載荷的增加而增大。線接觸軸承的剛度可忽略預緊載荷；點接觸軸承，計算剛度時應考慮預緊力。二、主軸滾動軸承（續）4、軸承剛度滾動軸承的三、主軸1、結構及材質選擇結構：空心階梯軸材料：淬火鋼或滲碳淬火鋼，高頻淬硬。2、技術要求(略)三、主軸1、結構及材質選擇結構：空心階梯軸2、技術要求(略)三、主軸2、技術要求三、主軸2、技術要求四、主軸組件1、傳動方式（1）帶傳動：結構簡單，中心距調整方便，噪聲低，平穩，適于高速。（V帶、多楔帶和同步帶）（2）齒輪傳動：傳遞大扭矩，結構緊湊，適合于變速傳動。（3）電機直接驅動：異步電機+連軸器、變頻調速電機、電主軸等形式。四、主軸組件1、傳動方式（1）帶傳動：結構簡單，中心四、主軸組件2、傳動件的布置（1）帶輪通常安裝在后支承的外側（2）齒輪位于兩支承之間則盡量使大齒輪靠近前支承（3）齒輪位于后支承外側（4）齒輪外增設輔助支承四、主軸組件2、傳動件的布置（1）帶輪通常安裝在后支承的外側四、主軸組件3、主軸的軸向定位（1）前端定位：適于軸向精度和剛度高的高精度機床合數控機床；（2）后端定位：適于軸向精度不高的普通機床，臥車、立銑等；（3）兩端定位：用于短主軸或軸向間隙變化不影響工作的機床，如鉆床、組合機床等。五、主軸主要尺寸參數的確定（略）四、主軸組件3、主軸的軸向定位（1）前端定位：適于軸向精度和159主軸部件設計基本要求旋轉精度和運動精度剛度抗振性溫升和熱變形(熱穩定性)精度保持性16主軸部件設計基本要求160旋轉精度和運動精度旋轉精度:指裝配后的部件在無載或低速轉動條件下，主軸前端工作部位的徑向跳動、端面跳動和軸向竄動的大小。主軸組件的旋轉精度直接影響機床的加工精度。運動精度指主軸在工作狀態下的旋轉精度，這個精度通常和靜止或低速狀態的旋轉精度有較大差別，它表現在工作時主軸回轉中心位置的不斷變化，即“主軸軸心漂移”現象。旋轉精度主要取決于主軸及其軸承的制造、裝配、調整的精度；運動狀態下的旋轉精度取決于主軸的工作速度、軸承性能和主軸部件的平衡等因素。17旋轉精度和運動精度旋轉精度:指裝配后的部件在無載或低速轉161靜態剛度

主軸組件的靜態剛度是指受外力作用時，主軸組件抵抗變形的能力，又分為抗彎和扭轉兩種剛度。數控機床多采用抗彎剛度作為衡量主軸組件剛度的指標。通常以主軸前端產生單位位移時，在位移方向上所施加的作用力大小來表示。主軸剛度K=F/Y(N/Km)18靜態剛度

主軸組件的靜態剛度是指受外力作用時，主軸組件抵162抗振性抗振性包括抵抗受迫振動的能力和抵抗自激振動的能力。有時也把抵抗受迫振動的能力稱為動剛度，此時，抗振性僅指抵抗自激振動的能力。若主軸組件抗振性差，工作時容易產生振動，不僅降低加工質量，而且限制了機床生產率的提高，使刀具耐用度下降。主要影響因素:部件的靜態剛度、質量分布和阻尼，特別是主軸前軸承的阻尼。設計時，要使主軸的固有頻率遠大于工作時的激振頻率，使之不易發生共振。19抗振性抗振性包括抵抗受迫振動的能力和抵抗自激振動的能力。163溫升和熱變形(熱穩定性)溫升過高會引起兩方面的不良后果：一是主軸組件和箱體因熱膨脹而變形，主軸的回轉中心線和機床其他件的相對位置會發生變化，直接影響加工精度；其次是軸承等元件會因溫度過高而改變已調好的間隙和破壞正常潤滑條件，影響軸承的正常工作。嚴重時甚至會發生“抱軸”。提高主軸組件熱穩定性的主要措施是減少發熱、加快散熱、隔離熱源以及采用盡可能合理的結構設計，以使熱變形能得到補償和對加工的影響最小。20溫升和熱變形(熱穩定性)溫升過高會引起兩方面的不良后果164主軸系統必須有足夠的耐磨性，以便能長期保持精度。主軸上易磨損的地方是刀具或工件的安裝部位以及移動式主軸的工作部位。為了提高耐磨性，主軸的上述部位應該淬硬，或者經過氮化處理，以提高其硬度增加耐磨性。主軸軸承也需有良好的潤滑，提高其耐磨性。精度保持性

21主軸系統必須有足夠的耐磨性，以便能長期保持精度。主軸上易165主軸部件的傳動方式齒輪傳動特點是結構簡單、緊湊，能傳遞較大的扭矩，能適應變轉速、變載荷工作，應用最廣。它的缺點是線速度不能過高，通常小于12～15m/s，不如帶傳動平穩。

帶傳動常用的有平帶、三角帶、多楔帶和同步齒形帶等。帶傳動的特點是靠摩擦力傳動（除同步齒形帶外）、結構簡單、制造容易、成本低，特別適用于中心距較大的兩軸間傳動。皮帶有彈性可吸振，傳動平穩，噪聲小，適宜高速傳動。帶傳動在過載中會打滑，能起到過載保護作用。缺點是有滑動，不能用在速比要求準確的場合。電動機直接驅動方式22主軸部件的傳動方式齒輪傳動166電動機直接驅動方式高速內圓磨床電主軸23電動機直接驅動方式高速內圓磨床電主軸16724168主軸部件結構設計a)前端配置b)中間配置c）后端配置d),e)兩端配置推力軸承位置配置型式25主軸部件結構設計a)前端配置b)中間配置c）后端配置d)169推力軸承位置配置型式前端配置前支承處軸承較多，發熱大，溫升高；但主軸受熱后向后伸長，不影響軸向精度，對提高主軸部件剛度有利。用于軸向精度和剛度要求較高的高精度機床或數控機床。后端配置前支承處軸承較少，發熱小，溫升低；但是主軸受熱后向前伸長，影響軸向精度。用于軸向精度要求不高的普通精度機床，如立銑、多刀車床等。兩端配置當主軸受熱伸長后，影響主軸軸承的軸向間隙。為避免松動，可用彈簧消除間隙和補償熱膨脹。常用于短主軸，如組合機床主軸。中間配置可減少主軸的懸伸量，并使主軸的熱膨脹向后；但前支承結構較復雜，溫升也可能較高。26推力軸承位置配置型式前端配置170傳動件在主軸上軸向位置的合理布置

a:的傳動件放在兩個支承中間靠近前支承處，受力情況較好，用得最為普遍；b:的傳動件放在主軸前懸伸端，主要用于具有大轉盤的機床，如立式車床、鏜床等，傳動齒輪直接安裝在轉盤上；c:的傳動件放在主軸的后懸伸端，較多地用于帶傳動，為了更換傳動帶方便，如磨床。27傳動件在主軸上軸向位置的合理布置

a:的傳動件放在兩個171主軸

主軸是主軸組件的重要組成部分。它的結構形狀和尺寸、制造精度、材料及其熱處理，對主軸組件的工作性能都有很大影響。主軸的結構形狀:主軸通常是一個前粗后細的階梯軸，即軸徑尺寸從前軸頸起，向后逐漸縮小。這樣的結構，是為了適應主軸各段承受的不同載荷，以滿足剛度要求，同時也為其上的多個零件提供足夠的安裝、定位及止推面，同時也有利于加工和裝配。28主軸

主軸是主軸組件的重要組成部分。它的結構形狀和尺寸、172主軸的材料和熱處理一般機床主軸常用45鋼，調質到200～250HB左右，主軸端部錐孔、定心軸頸或定心圓錐面等部位局部淬硬到50～55HRC。若支承采用滾動軸承，則軸頸可不淬硬，但是為了防止敲碰損傷軸頸的配合表面，常對主軸軸頸處進行淬硬。如果機床主軸有更高要求時，宜選用合金鋼，如對耐磨性要求很高的主軸，常選用38CrMoAlA，并經氮化處理。29主軸的材料和熱處理一般機床主軸常用45鋼，調質到200173主軸主要精度指標前支承軸頸的同軸度約5μm左右；軸承軸頸需按軸承內孔“實際尺寸”配磨，且須保證配合過盈1～5μm；錐孔與軸承軸頸的同軸度為3～5μm，與錐面的接觸面積不小于80%，且大端接觸較好；裝NN3000K型調心圓柱滾子軸承的1∶12錐面，與軸承內圈接觸面積不小于85%。30主軸主要精度指標前支承軸頸的同軸度約5μm左右；軸承174主軸部件中的軸承滾動軸承液體動壓軸承液體靜壓軸承空氣靜壓軸承磁浮軸承31主軸部件中的軸承滾動軸承175主軸的滾動軸承角接觸球軸承：既可以承受徑向載荷，又可承受軸向載荷。常用的接觸角有兩種：α=25°和α=15°。角接觸球軸承32主軸的滾動軸承角接觸球軸承：既可以承受徑向載荷，又可承受176角接觸球軸承角接觸球軸承多用于高速主軸。隨接觸角的不同有所區別，α=25°的軸向剛度較高，但徑向剛度和允許的轉速略低，應用較多；α=15°的轉速可更高些，但軸向剛度較低，常用于不承受軸向載荷的主軸的后軸承。角接觸球軸承為點接觸，剛度較低，為了提高剛度和承載能力，一般采用多聯組配的方式。33角接觸球軸承角接觸球軸承多用于高速主軸。隨接觸角的不同有177角接觸球軸承(a)背靠背,(b)面對面,（c）同向組配(d)三聯組配角接觸球軸承的組配34角接觸球軸承(a)背靠背,(b)面對面,（c）同向組配178角接觸球軸承兩個軸承都能共同承受徑向載荷。背靠背和面對面組配都能承受雙向軸向載荷；同向組配則只能承受單向軸向載荷。背靠背與面對面組配相比，支承點（接觸線與軸線的交點）間的距離AB，前者比后者大，因而能產生一個較大的抗彎力矩，即支承剛度較大。運轉