机床主要部件设计
第三章 机床典型部件设计
（二）几种典型的主轴轴承配置形式
d 0.55 ~ 0.60D
对于六角、自动和半自动车床、卧式镗床（镗杆主
轴）
d 0.6 ~ 0.65D
对铣床 d 可比刀具拉杆直径大5~10mm即可。
3. 主轴前端悬伸量的确定
主轴前端悬伸量a 是指主轴前端面到前轴承径向反 力作用中点（或前径向支承中点）的距离。它主要取决 于主轴端部的结构（其形状与尺寸均以标准化），以及 前支承轴承配置和密封装置的形式和尺寸。在满足结构 要求的前提下，设计时应使a 值越小越好。
2.刚度 主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下抵抗变 形的能力，通常以主轴前端部产生一个单位位移的弹 性变形时，在位移方向上所施加的作用力的大小来表 示。主轴部件的刚度是综合刚度，是主轴、轴承和轴 承座等刚度的综合反映，其静刚度不足则对加工精度 和机床性能有直接影响。
主轴部件应满足的基本要求
3.抗振性 主轴部件的抗振性是指抵抗受迫振动和自激振动而 保持平稳运转的能力。主轴部件的振动会直接影响工件 的表面质量和刀具的使用寿命，并产生噪声。 4.温升及热变形 主轴部件运转时，因各相对运动处的摩擦生热，切 削区的切削热等使主轴部件的温度升高，其尺寸、形状 及位置发生变化，造成主轴部件的热变形。 5.精度保持性 主轴部件的精度保持性是指长期地保持其原始制造 精度的能力。主轴部件丧失其原始精度的主要原因是磨 损。
3. 圆锥滚子轴承——需成对使用
机床主轴设计范文
机床主轴设计范文机床主轴是机床的核心零件，它负责驱动刀具进行加工作业。
主轴的设计关乎机床的运行效率、加工精度和寿命等方面。
本文将从主轴的选材、结构设计、动力系统和附件等方面，详细介绍机床主轴的设计。
1.选材主轴的选材是保证其性能和寿命的关键。
首先要选择具有足够强度和硬度的材料，能够承受高速旋转、大径向载荷和轴向载荷的同时不发生变形和破坏。
常见的主轴材料有优质合金钢、优质碳素结构钢和铸铁等。
其次，考虑到机床主轴的质量平衡问题，在选材时要注意对称性和均匀性，以减小动平衡对主轴的影响。
2.结构设计机床主轴的结构设计应该考虑到其承受的载荷和转速，同时要保证刚度和稳定性。
常见的主轴结构有支撑式主轴和主轴箱式主轴。
支撑式主轴通过各种轴承和支撑装置实现轴向支撑和径向支撑，具有结构简单、承受能力大的优点。
主轴箱式主轴将主轴箱和主轴一体化设计，结构更加紧凑，能够大大提高主轴的刚度和稳定性。
3.动力系统机床主轴的动力系统包括驱动器和电机。
驱动器一般选用变速器，可根据加工要求和工件材料的不同选择不同的速度档位。
电机选用的主要考虑因素有功率、转速范围和转矩要求。
一般使用交流伺服电机、电涡流电机或直流电机作为主轴的驱动电机。
4.附件机床主轴通常需要配备一些附件以实现特定的加工要求。
例如，主轴可能需要装配刀库，用于刀具的自动换刀；也可能需要装配冷却液系统，用于对切削区域进行冷却和润滑；还可能需要装配自动夹具，用于自动夹紧工件。
这些附件的设计需要充分考虑主轴结构的特点和工艺要求，以确保其功能正常和可靠。
总之，机床主轴的设计是机床设计中非常重要的一环。
通过合理的选材、结构设计、动力系统和附件的选择和配置，可以提高机床的运行效率、加工精度和寿命。
在实际应用中，还要注意对主轴进行定期的检查和维护，以保证其正常工作。
机械装备设计第3章机床主要部件设计
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3.1.1 对主轴组件的基本要求
1.旋转精度：主轴的旋转精度是指主轴在手动或低速、空载时，主轴 前端定位面的径向跳动、端面跳动和轴向窜动值。 主轴组件的旋转精度主要取决于主轴、轴承等的制造精度和装配质量。 工作转速下的旋转精度还与主轴转速、轴承的设计和性能以及主轴组件的
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电动机直接驱动方式
电动机转子轴就是主轴，电动机座就是机床主轴单元的壳体。主 轴单元大大简化了结构，有较宽的调速范围；有较大的驱动功率 和转矩；便于组织专业化生产。
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3.1.2主轴组件结构设计
（2）传动件位置的合理布置
3.1.2主轴组件结构设计
1、主轴组件的支承数目
多数机床的主轴采用前、后两个支承。 特点：结构简单，制造装配方便，容易保证精度。为提高主轴组 件的刚度，前后支承应消除间隙或预紧。
数控车床主轴组件
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1、主轴组件的支承数目 机床主轴采用三个支承，为提高刚度和抗振性。三支承方式对三支 承孔的同心度要求较高，制造装配较复杂。
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3.1.2主轴组件结构设计
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3.1.3主轴
1、主轴的构造 主轴一般为空心阶梯轴，前端径向尺寸大，中间径向尺
寸逐渐减小，尾部径向尺寸最小。主轴的前端型式取决
于机床类型和安装夹具或刀具的型式。主轴头部的形状 和尺寸已经标准化，应遵照标准进行设计。
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3.1.3主轴
3、主轴的技术要求，应根据机床精度标准有关项目制定。
机床的基本组成
机床的基本组成
机床的基本组成包括以下几个部分：
1. 机床床身（床架）：机床的主要承载结构，通常由铸铁、焊接结构或钢板制成，用于支撑和定位其他部件。
2. 主轴：机床的主要工作部件，提供驱动力和支撑工件加工的转动运动。
3. 电机：提供机床运动所需的动力，通常包括主轴驱动电机和进给轴驱动电机。
4. 进给系统：用于实现机床工作台或刀架在加工过程中的直线或旋转进给运动，包括进给电机、球螺杆、滚珠丝杠等。
5. 控制系统：用于控制和调节机床各个部件的运动，包括数控系统、程序控制系统等。
6. 刀具系统：用于切削和加工工件的刀具，包括刀架、刀座、刀柄等。
7. 冷却系统：用于冷却和润滑机床和切削过程中产生的热量和摩擦，包括冷却液箱、冷却泵等。
8. 驱动系统：用于将电机的动力传递给各个机床部件，通常采用传动装置或传动链条。
9. 辅助装置：包括卡盘、夹具、刀具库等，用于支撑和固定工件、刀具等。
10. 润滑系统：用于给机床各个部件提供润滑和冷却，保证机床正常运行和延长寿命。
以上是机床的基本组成，不同类型的机床在组成上可能存在差异，但基本原理和功能相似。
CA6140型卧式车床主要部件的结构
CA6140型卧式车床主要部件的结构 1.1 CA6140型卧式车床的主轴箱
主轴箱的功用是支承主轴并传动主轴，并使其实现起动、 停止、变速和换向等。因此，主轴箱中通常包含有传动机构， 主轴部件，起动、停止以及换向装置，制动装置，操纵机构 和润滑装置等。
1.传动机构
图6.6是CA6140车床的主轴箱展开图。 在轴Ⅰ上采用卸荷式带轮，以消除皮带传动的径向力 对轴Ⅰ的影响，减少弯曲变形，提高传动的平稳性，减小 对主传动系统的影响。 传动齿轮和传动轴的连接有三种形式：固定、空套、 滑移。 主轴箱中的传动机构有定比传动机构和变比传动机构。 定比传动机构一般用来传递运动和动力，且采用齿轮传动。
6.6 CA6140
图 型 卧 式 车 床 主 轴 箱 展 开 图
2.主ห้องสมุดไป่ตู้及其轴承 主轴及其轴承是主轴箱最重要的部分。主轴前端可装卡 盘，用于夹持工件，并由其带动旋转。 卧式车床主轴多采用滚动轴承支承，一般为前后二点。
图6.7 CA6140型卧式车床主轴及其轴承
卧式车床的主轴是空心阶梯轴。其内孔用于通过长棒料 以及气动、液压等驱动装置（装在主轴后端）的传动杆，也 用于穿入钢棒卸下顶尖。主轴前端有精密的莫氏锥孔，供安 装顶尖或心轴之用。
图6.13 互锁机构的工作原理图。
3.过载保险装 置
过载保险装置的 作用是防止过载和发 生偶然事故时损坏机 床。卧式机床常用安 全离合器，其结构较 简单，且过载现象消 除后能自动恢复正常 工作。图6.14为 CA6140型卧式车床 溜板箱中采用的安全 离合器。
图6.14 安全离合器工作原理图
1.左半部 2.右半部 3.弹簧
图6.11 CA6140卧式车床进给箱结构图
机械制造装备设计(第2章 金属切削机床设计5-6 主轴&支承)
2.5.3 主轴部件结构设计
（二）推力轴承的位置配置型式 （2）后端配置 两个方向的推力轴承都布置在后支承处。 这类配置方案前支承处轴承较少，发热小，
温升低；但主轴受热后向前伸长，影响轴向精度。 这种配置用于轴向精度要求不高的普通精度
机床，如立铣、多刀车床等。
2.5.3 主轴部件结构设计
（二）推力轴承的位置配置型式 （3）两端配置 两个方向的推力轴承分别布置在前后两个支承
2.5.3 主轴部件结构设计
（三）主轴传动件位置的合理布置
合理布置传动件在主轴上的轴 向位置，可以改善主轴的受力情况 ，减少主轴变形，提高主轴的抗振 性。
主轴上传动件轴向布置时，应 尽量靠近前支承，有多个传动件时 ，其中最大传动件应靠近前支承。
2.5.3 主轴部件结构设计
（四）主轴主要结构参数的确定 主轴前、后轴径直径D1和D2，主轴内孔直径d，主轴前端悬 伸量a和主轴主要支承间的跨距L，这些参数将直接影响主 轴旋转精度和主轴刚度。
2.5.3 主轴部件结构设计 （一）主轴部件的支承数目 也可以前、中支承为主要支承，后支承为辅助支承。
角接触 球轴承 背对背
安装
2.配置型式
（1）前端配置 两个方向的推力轴承都布置在前支承处。 这类配置方案在前支承处轴承较多，发热大， 温升高；但主轴受热后向后伸长，不影响轴向精度 ，精度高，对提高主轴部件刚度有利。 这种配置用于轴向精度和刚度要求较高的高精 度机床或数控机床。
离和主轴前端的悬伸量，传动件的布置方式，主轴组
件的制造和装配质量等。 刚度不足，影响机床的加工精 度、传动质量及工作的平稳性。
2.5.1 主轴部件应满足的基本要求
（3）抗振性：指抵抗受迫振动和自激振动的能力。 主轴振动有两种类型：
数控机床主轴部件结构
数控机床主轴部件结构1.主轴箱体：主轴箱体是主轴部件的主要支撑部分，通常由铸铁或钢板焊接而成。
其主要功能是支撑主轴轴承和主轴电机，并提供刚性和稳定的工作环境。
主轴箱体通常有进给箱和冷却箱两个部分，进给箱用于传送动力和转矩到主轴，而冷却箱则用于散热和冷却主轴。
2.主轴轴承：主轴轴承用于支撑和定位主轴，使其能够高速旋转并承受工作负载。
根据不同的需求，主轴轴承可以分为滚动轴承和滑动轴承两种类型。
滚动轴承主要有角接触球轴承、圆锥滚子轴承和球面滚子轴承等；滑动轴承则有液体静压轴承和磁浮轴承等。
主轴轴承通常由高速钢或陶瓷制成，以提供低摩擦和高刚度的特性。
3.主轴电机：主轴电机用于提供主轴的驱动力和转矩。
根据不同的需求和机床类型，主轴电机可以采用交流电机、直流电机或伺服电机等。
交流电机通常具有较好的响应性和调速性能，而直流电机则提供更高的转矩和速度范围。
伺服电机则结合了交流电机和伺服控制系统，可实现更精确的位置和速度控制。
4.主轴夹头：主轴夹头用于夹持工件或刀具，使其与主轴保持刚性连接。
主轴夹头通常有机械夹头和液压夹头两种类型。
机械夹头通过螺纹、卡盘或夹具等机械结构实现夹紧，适用于一般的加工需求。
液压夹头则通过液压系统提供更高的夹紧力和精确的夹紧位置，适用于高精度加工和重负载切削。
除了以上主要部件，数控机床主轴还可能包括冷却系统、振动补偿系统、联轴器等。
冷却系统用于降低主轴温度，保证加工质量和主轴寿命；振动补偿系统用于抑制主轴振动，提高加工质量和效率；联轴器用于连接主轴电机和主轴轴承，传递动力和转矩。
总之，数控机床主轴部件结构的设计旨在实现稳定高速、高精度的加工要求。
不同的机床和加工需求可能会有不同的主轴结构和配置，但其核心目标都是提供高效的驱动力和承载能力，以满足工业生产的要求。
数控机床的主要功能部件分析
轴承精度级 E级(高级)
B级(超精级)
C级(特精级)
D级(精密级)
普通精度机床前轴承常用C、D级, 后轴承常用D、E级
2、主轴滚动轴承的配置
合理配置轴承对提高主轴部件的刚度,精度,降低支承温升有很大的 作用. 图a后端定位,推力轴承在后支承的两侧 ,主轴热变形向前伸.细长主 轴受轴向力容易弯曲变形,但前支座简单。 图b两端定位,推力轴承分别布置到两支承的外侧。 优点是轴承轴向间隙可以在后端方便地进调整 ,对主轴热变形敏感,适合 于短主轴。 图c,d 都是前支承固定.前支承刚度较高,主轴热伸长后另一端为自 由端,不影响主轴精度.图c推力轴承在前支承两侧,使主轴的悬伸长度增 加.影响主轴刚度,图d 两个推力轴承安排在前支承的内侧,克服了图c 的缺点, 一般高速精密机床的主轴多采用该方案。
双列推力向心球轴承,接触角为60°,球径小,数目多,能承受双向轴向载
荷，调整中间隔套能予紧轴承调整间隙，允许转速高。 在数控机床中， 轴承一般都要同时承受轴向载荷和径向载荷的联合载荷的作用。对数控机
床主轴而言，主轴通径，精度，刚度及加速度，温升等参数是更为重要的
要求。 所以大接触角的角接触球轴承不论在主传动还是进给传动中均有 广泛的使用。现在开发的专用数控主轴轴承及滚珠丝杠专用轴承均是角接 触轴承。双列推力向心球轴承 ,通常与双列圆柱滚子轴承配套一起用作主 轴的前支承。 带凸肩双列园柱滚子轴承也常作主轴的前支承。其滚子是空心的；有吸 振，缓冲，起有效冷却的作用。
改变时,步距角可以减小一半。
这种通电方式的特点是它在整个通电过程中 , 始终有一相处于通电状态 , 转 子齿始终有磁场吸引。
2、步进电机进给系统传动比及脉冲当量的计算(已知条件如下)
α
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8.1 主轴组件设计
8.1.1 主轴组件的基本要求
2.静刚度
静刚度，简称为刚度，反映了机床或部、组ห้องสมุดไป่ตู้零件在静载荷作用下抵抗 变形的能力。
主轴组件的刚度通常以主轴端部产生单位位移弹性变形时，位移方向上 所施加的力来表示
第八章 机床主要部件设计
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8.1 主轴组件设计
• 影响抗振性的因素主要有主轴组件的静刚度、质量分布和阻尼（特别是 主轴前轴承的阻尼）。主轴的固有频率应远大于激振力的频率，以使它不 易发生共振。
第八章 机床主要部件设计
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8.1 主轴组件设计
8.1.1 主轴组件的基本要求
4.温升与热变形
• 主轴组件工作时，因各相对运动处的摩擦生热，切削区的切削热等使 主轴组件的温度升高，形状和位置发生变化，造成主轴组件的热变形。 • 这些变化都会影响主轴组件的工作性能，降低加工精度。因此，各种 类型的机床对温升都有一定的限制。如高精度机床，连续运转下的允许 温升为8~10℃，精密机床15~20℃，普通机床30~40℃。
第八章 机床主要部件设计
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8.1 主轴组件设计
8.1.2 主轴组件的传动方式
主轴组件的传动方式主要有齿轮传动、带传动、电动机直接驱动等。主 轴传动方式的选择主要取决于主轴的转速、所传递的转矩、对运动平稳 性的要求以及结构紧凑、装卸维修方便等要求。
（1）齿轮传动 齿轮传动的特点是结构简单、紧凑，能传递较大的转 矩，能适应变转速、变载荷工作，应用最广。其缺点是线速度不能过高， 通常小于12~15m/s，不如带传动平稳。
第八章 机床主要部件设计
8.1 主轴组件设计
8.1.1 主轴组件的基本要求
1.旋转精度
主轴组件的旋转精度是指机床处于空载、低速旋转情况下，在主轴前端 安装工件或刀具的基准面上所测得的径向跳动、端面跳动和轴向窜动的 大小。 主轴旋转精度是主轴组件工作质量最基本的指标，也是机床的一项主要 精度指标，它直接影响被加工零件的几何精度和表面粗糙度。如车床卡 盘的定心轴颈与锥孔中心线的径向跳动会影响加工的圆度，而轴向窜动 则在加工螺纹时会影响螺距的精度。 主轴的旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔等的制造、装配和调整精度。
8.1 主轴组件设计
主轴组件由主轴、主轴轴承、传动件、密封件等组成。主轴组件 是机床的执行件，它的功用是支承并带动工件或刀具，完成表面 成形运动，同时还起传递运动和转矩、承受切削力和驱动力等载 荷的作用。由于主轴组件的工作性能直接影响机床的加工质量和 生产率，因此它是机床中的一个关键组件。 主轴和一般传动轴的相同点是，两者都传递运动、转矩并承受传 动力，都要保证传动件和支承的正常工作条件。但主轴直接承受 切削力，还要带动工件或刀具实现表面成形运动，因此对主轴组 件有较高的要求。
• 主轴组件的抗振性是指抵抗受迫振动和自激振动的能力。在切削过程中， 主轴组件不仅受静态力的作用，同时也受冲击力和交变力的干扰，使主轴 产生振动。冲击力和交变力是由材料硬度不均匀、加工余量的变化、主轴 组件不平衡、轴承或齿轮存在缺陷以及切削过程中的颤振等引起的。
• 轴组件的振动会直接影响工件的表面加工质量，刀具的使用寿命，产生 噪声。抗振性是机床的重要性能指标，但目前抗振性的指标尚无统一标准， 设计时可在统计分析的基础上结合实验进行确定。
第八章 机床主要部件设计
8.1 主轴组件设计
8.1.1 主轴组件的基本要求
影响主轴旋转精度的主要因素有：滑动轴承或滚动轴承滚道的圆度误差、 滚动轴承内外环与滚道的同轴度误差、滚子的形状和尺寸误差、滑动轴 承的间隙、滚动轴承的游隙、轴承定位端面与轴心线垂直度误差、轴承 端面之间的平行度误差及锁紧螺母端面的跳动等，都会降低主轴的旋转 精度。 通用机床主轴组件的旋转精度已有统一的精度检验标准，专用机床主轴 组件的旋转精度则应根据工件精度要求确定。 必须指出，提高轴承精度是提高主轴组件旋转精度的前提条件，但只有 同时还提高主轴、支承座孔以及有关零件精度时，才可能获得较高的旋 转精度。
第八章 机床主要部件设计
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8.1 主轴组件设计
8.1.1 主轴组件的基本要求
5.精度保持性
• 主轴组件的精度保持性是指长期保持其原始制造精度的能力。 • 主轴组件丧失其原始精度的主要原因是磨损。如主轴轴承、主轴轴颈 表面、装夹工件或刀具的定位表面的磨损。
• 磨损的速度与磨损的种类有关，与结构特点、表面粗糙度、材料的热 处理方式、润滑、防护及使用条件等许多因素有关。所以要长期保持主 轴组件的精度，必须提高其耐磨性。
• 影响主轴刚度的因素很多，如主轴的尺寸和形状，滚动轴承的型 号、数量、预紧和配置形式，前后支承的距离和主轴前端的悬伸量， 传动件的布置方式，主轴组件的制造和装配质量等。目前，对主轴组 件尚无统一的刚度标准。
第八章 机床主要部件设计
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8.1 主轴组件设计
8.1.1 主轴组件的基本要求
3.抗振性
• 对耐磨性影响较大的因素有主轴的材料、轴承的材料、热处理方式、 轴承类型及润滑防护方式等。
第八章 机床主要部件设计
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8.1 主轴组件设计
8.1.1 主轴组件的基本要求
6.其他要求
主轴组件除应保证上述基本要求外，还应满足下列要求： 1）主轴的定位可靠。主轴在切削力和传动力的作用下，应有可靠的径 向和轴向定位，使主轴在工作时所受到的切削力和传动力通过轴承可靠 地传至箱体等基础零件上去。 2）主轴前端结构应保证工件或刀具装夹可靠，并有足够的定位精度。 3）结构工艺性好。在保证好用的基础上，尽可能地做到好造、好装、 好拆及好修，并尽可能降低主轴组件的成本
8.1.1 主轴组件的基本要求
• 主轴组件的刚度是主轴、轴承和支承座刚度的综合反映，它直接影 响主轴组件的工作质量。如主轴前端弹性变形直接影响工件的加工精 度；主轴的弯曲变形将恶化传动齿轮的啮合状况，并使轴承产生侧边 压力，使这些零件的磨损加剧、寿命缩短；主轴组件的刚度不足，将 使主轴在变化的切削力和传动力等作用下产生过大的受迫振动，并容 易引起切削自激振动，降低工作的平稳性。