第三章机床主要部件设计
金属切削机床(第二版)——第三章 铣床
二、龙门铣床
龙门铣床在布局上以两根立柱5、7及顶梁6与床身 10构成龙门式框架，并由此而得名
三、万能工具铣床
万能工具铣床的基本布局与万能升降台铣床相 似，但配备有多种附件，因而扩大了机床的万能性。
万能工具铣床
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习题
3-1 就X6132型铣床的传动系统图，说明该机床 进给运动的实现。 3-2 为何卧式车床的进给运动由主电动机带动， 而X6132型铣床的主运动和进给运动分别由两台 电动机分别驱动？ 3-3 试就图3-6说明孔盘变速工作原理，并将此 种变速方法与CA6140型车床的六级变速机构作一 比较。
70
—
—
300.00
80
301.71
100
302.40
100
304.76
90
配换齿轮
导程
配换齿轮
z2
z3z4/mm来自z1z2z3
z4
35
25
70
347.62
90
40
35
100
60
55
90
349.09
55
40
50
100
55
40
90
350.00
80
70
60
100
70
50
80
352.00
100
55
30
80
60
（二）进给运动
三种不同的传动比
ua
40 49
ub
18 40
18 40
40 49
18 18 18 18 40 uc 40 40 40 40 49
曲回结构原理图
三、主要部件结构
（一）主轴部件 主要部件结构
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绪论1、机械制造业在国民经济中的地位如何，其发展趋势体现在哪些方面？2、机械制造技术的发展趋势如何？3、什么是机械制造装备有哪些类型，其功能是什么？第一章金属切削机床的总体设计1、机床设计应满足哪些基本要求？其理由是什么？2、机床设计的主要内容及步骤是什么?3、机床的尺寸参数根据什么确定？4、机床的运动参数如何确定？5、机床主轴转速采用等比数列的主要原因是什么?6、机床主轴转速数列的标准公比值有哪些?其制订原则是什么?7、选定公比值ϕ的依据是什么？8、机床的动力参数如何确定？9、如何确定机床主电动机的功率?10、如何确定进给电动机的功率?11、试用查表法求主轴各级转速⑴已知：ϕ＝1.58，n max＝950 r/min，Z＝6；⑵n min＝100 r/min，Z＝12，其中n1至n3、n10至n12的公比ϕ 1＝1.26，其余各级转速的公比ϕ 2＝1.58。
12、试用计算法求下列参数：⑴已知：R n＝10，Z＝11，求ϕ；⑵已知：R n＝335，ϕ＝1.41，求Z；⑶已知：Z＝24，ϕ＝1.06，求R n。
13、设计某规格机床，若初步确定主轴转速为n min＝32r/min，n max＝980 r/min，公比ϕ＝1.26，试确定主轴转速级数Z，主轴各级转速值和主轴转速范围R n。
第二章机床的传动系统设计1、什么是传动组的级比和级比指数？常规变速传动系统的各传动组的级比指数有什么规律？2、什么是传动组的变速范围？如何计算？各传动组的变速范围之间有什么关系?3、某机床的主轴转速级数Z＝18，采用双副和三副变速组，试写出符合级比规律的全部结构式，并指出其中扩大顺序与传动顺序一致的和不一致的方案各有多少个。
4、判断下列结构式是否符合级比规律，符合者需说明其扩大顺序与传动顺序是否一致；不符者则需简要说明会出现什么情况。
⑴8＝21×22×24；⑵8＝24×21×22；⑶8＝22×21×23；⑷8＝22×23×245、画出结构式12＝23×31×26相应的结构网，并分别求出第一变速组和第二扩大组的传动副数、级比、级比指数和变速范围。
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
第三章数控机床的主传动系统
第三章 数控机床的主传动系统
(3)突入滚道式润滑方式 如图3—10所示为适应该要求而设计的特殊轴承。 润滑油的进油口在内滚道附近，利用高速轴承的泵 效应，把润滑油吸人滚道。
若进油口较高，则泵效应差，当进油接近外滚道 时则成为排放口了，油液将不能进入轴承内部。
第三章 数控机床的主传动系统
3．冷却润滑技术的研究 过去，加工中心机床主轴轴承大都采用油脂润滑方 式，为了适应主轴转速向更高速化发展的需要，新 的冷却润滑方式相继开发出来，见表3—2。
第三章 数控机床的主传动系统
第一章 数控机床概述
(1)油气润滑方式 这种润滑方式不同于油雾方式， 油气润滑是用压缩空气把小油滴送进轴承空隙中， 油量大小可达最佳值，压缩空气有散热作用，润滑 油可回收，不污染周围空气。图3—8是油气润滑 原理图。
1．主轴部件常用滚动轴承的类型 图3—13a为锥孔双列圆柱滚子轴承，内圈 为1：12的锥孔，当内圈沿锥形轴颈轴向移 动时，内圈胀大以调整滚道的间隙。滚子数 目多，两列滚子交错排列，因而承载能力大， 刚性好，允许转速高。它的内、外圈均较薄， 因此，要求主轴颈与箱体孔均有较高的制造 精度，以免轴颈与箱体孔的形状误差使轴承 滚道发生畸变而影响主轴的旋转精度。该轴 承只能承受径向载荷。
第一章 数控机床概述
(2)热变形 电动机、主轴及传动件都是热源。低温升、小
的热变形是对主传动系统要求的重要指标。 (3)主轴的旋转精度和运动精度
主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转 动条件下测量主轴前端和距离前端300mm处的径 向圆跳动和端面圆跳动值。主轴在工作速度旋转时 测量上述的两项精度称为运动精度。数控机床要求 有高的旋转精度和运动精度。
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。
第三章_机床主要部件设计(1)
故滚动轴承的摩擦系数小，有利于减小发热。
◆ 润滑容易，可以用油脂，一次填装可用到修理时再换脂。 如用油润滑，单位时间用油量也比滑动轴承少。
◆ 由专业化的轴承厂生产，质量稳定，成本低，经济性好。
滚动轴承的不足： 滚动体数量有限，径向刚度是变化的，易引起振动，阻尼低， 振幅较大。滚动轴承的径向尺寸比滑动轴承大。
方向所施加的作用力大小来表示。 如图，当主轴外伸端受径向
作用力F，受力方向上的弹性位 移为δ 时，刚度K 的表达式为：
K
F
( N/m )
第一节 主轴组件设计
（1）静刚度 主轴组件在静载荷作用下抵抗变形的能力，表 示为 Kj =Fj /δj 。 （2）动刚度 主轴组件在额定载荷作用下抵抗变形的能力，表 示为 Kd =Fd /δd 。
5.主轴组件的刚度校核 1）静刚度 2）动刚度 3）切削稳定性 6.提高主轴组件性能的措施 1）提高旋转精度 a)保证主轴、轴承、轴承孔精度 b)定向误差装配法 2）提高静刚度 a)角接触轴承为前支承时，交点应位于轴承前端； b)传动力方向 c)预紧 d)主轴为带传动时采用卸载装置 3）提高动刚度 提高主轴组件的回转精度；增加阻尼。
存在缺陷以及切削过程中的颤振等引起。
主轴振动直接影响工件的表面加工质量和刀具的使 用寿命，并产生噪声。
第一节 主轴组件设计
4.温升和热变形
热变形 是主轴组件运动时，各相对运动处的摩擦，切削区的
切削热等使主轴组件的温度升高，造成形状、尺寸及位置变化。
热变形会引起轴承间隙变化，润滑油粘度降低，影响 主轴部件的工作性能，降低加工精度。
支承。a.前支承直径大，刚
度高，大齿轮靠前可减少主 轴的弯曲变形，b.而且转矩 传递长度短，扭转变形小， 使用最普遍。
第三章 车床1-3节
同理，主轴反转时也只能获得到： 同理，主轴反转时也只能获得到： )=12级不同转速 级不同转速。 3 + 3 ×( 2 × 2 - 1 )=12级不同转速。 主轴的转速可应用下列运动平衡式计算： 主轴的转速可应用下列运动平衡式计算：
式中： ——主轴转速 单位为r/min 主轴转速， r/min； 式中： n主——主轴转速，单位为r/min； ——V带传动的滑动系数， ε——V带传动的滑动系数， 0.02； ε＝0.02； uⅠ---Ⅱ uⅡ---Ⅲ uⅢ-- ——分别为 --Ⅵ uⅠ--Ⅱ、uⅡ--Ⅲ、uⅢ--Ⅵ——分别为 --Ⅱ --Ⅲ --Ⅵ间的可变传动比。 轴 Ⅰ--Ⅱ、Ⅱ--Ⅲ、Ⅲ--Ⅵ间的可变传动比。
运动由轴Ⅲ到主轴可以有两种不同的传动路线： 运动由轴Ⅲ到主轴可以有两种不同的传动路线： 1). 当 主 轴 需 要 高 速 运 转 时 （ n 主 ＝ 450 ～ 1400r/min r/min） 主轴上的滑动齿轮Z50处于左端位 1400r/min ） ， 主轴上的滑动齿轮 Z50 处于左端位 63/50直接传给主轴 直接传给主轴。 置 ， 轴 Ⅲ 的运动经齿轮副 63/50 直接传给主轴 。 2). 当 主 轴 需 以 较 低 的 转 速 运 转 时 （ n 主 ＝ 10 ～ 500r/min r/min） 主轴上的滑动齿轮Z50移到右端位置 移到右端位置， 500r/min），主轴上的滑动齿轮Z50移到右端位置， 使齿式离合器M 啮合， 于是轴Ⅲ 使齿式离合器 M2 啮合 ， 于是轴 Ⅲ 上的运动就经齿 20/80或 50/50传给轴 传给轴Ⅳ 然后再由轴IV IV经 轮副 20/80 或 50/50 传给轴 Ⅳ ， 然后再由轴 IV 经 20/80或 51/50、 26/38及齿式离合器 及齿式离合器M 齿轮副 20/80 或 51/50 、 26/38 及齿式离合器 M2 传动主轴。 传动主轴。
机床概论-第三章 磨床讲解
转速700/1410r/min 内圆磨头电动机 功率1.1kW
转速2830r/min
15
M1432A型万能外圆磨床总布局
1—床身 2—头架 3—工作台 4—内圆磨头 5—砂轮架 6—尾架 A—尾座顶尖脚踏操纵板 16
M1432A与M1332的区别
37
38
M1432B磨床砂轮架
39
23-封口螺钉 22-锁紧螺钉 21-螺套 20-球头螺钉 19-轴瓦
40
砂轮架主要特点
前、后支承——“短四瓦”动压滑动轴承 长径比0.75 主轴轴颈与轴瓦间的间隙0.01-0.02mm 球头中心偏离轴瓦对称中心 采用皮带传动
可在±30内旋转,切入法磨削短圆锥 面
90
128 180
256
28
工件主轴的传动
131
110
1.414
1
22
91 112
头架主轴较高的4级转 速数列为等比数列， 公比为 1.41。
112 165 1.413.55 110 49
头架主轴较低的2级转速都是塔轮最小传动比产生的， 最低的两转速间的比值为2。第3、2级转速间的比值 为 1.70。
64
其它： 提高主要导向及导轨的加工精度； 工作台用液压传动，运动平稳。
65
三、其它类型外圆磨床
66
（一）普通外圆磨床和半自动 宽砂轮外圆磨床
67
（三）无心外圆磨床
工件直接放在砂轮和导轮之间，由托板和导轮支 承，工件被磨削外圆表面即定位基准面。
工件在磨削力以及导轮和工件间摩擦力的作用下 被带动旋转，实现圆周进给运动。
机床主轴部件设计
机床主轴部件设计主轴部件是机床重要部件之一。
作为机床的执行件，其功能是支承并带开工件或刀具旋转开展切削，承受切削力和驱动力等载荷，完成表面成形运动。
主轴部件由主轴及其支承轴承和安装在主轴上的传动件、密封件及定位元件等组成。
对于钻、镗床，主轴部件还包括轴套和镗杆等。
主轴部件的工作性能对整机性能和加工质量以及机床生产率有着直接影响，是决定机床性能和技术经济指标的重要因素。
一、主轴部件应满足的基本要求（1）旋转精度——主轴的旋转精度是指机床主轴部件装配后，在无载荷、低速转动条件下，在安装工件或刀具的主轴部位的径向圆跳动和端面圆跳动。
旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔以及主轴上其他相关零件的制造、装配和调整精度。
（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，它是主轴、轴承和轴承座等刚度的综合反映。
因此，主轴的尺寸和形状，使用轴承的类型、数量、预紧程度和配置形式，传动件的数量及布置方式，以及主轴部件的制造和装配质量等都影响主轴部件的刚度。
（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。
在切削过程中，由于各种因素引起的冲击力和交变力的干扰，使主轴产生振动。
抗振性差，表现为主轴部件工作时易产生振动且振幅较大，降低已加工表面质量和刀具寿命，加速传动件的磨损，诱发加工时的噪声，影响工作环境。
严重的振动则可破坏刀具或主轴部件正常运转，使加工无法开展。
（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。
主轴热变形可引起轴承间隙变化，温升后会使润滑油粘度降低，这些变化都会影响主轴部件的工作性能，降低加工精度。
（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。
机床的主轴部件
机床的主轴部件班级：09机械1班姓名：苏汉生学号：0915020045指导老师：陈从桂一、功能设计大多数机床都具有主轴部件。
有的机床只有一个主轴部件，有得则有多个。
机床主轴指的是机床上带动工件或刀具旋转的轴。
通常由主轴、轴承和传动件（齿轮或带轮）等组成主轴部件。
除了刨床、拉床等主运动为直线运动的机床外，大多数机床有主轴部件。
主轴部件的运动精度和结构刚度是决定加工质量和切削效率的因素。
衡量主轴部件性能的指标主要是旋转精度、刚度和速度适应性。
①旋转精度：主轴旋转时在影响加工精度的方向上出现的径向和轴向跳动（见形位公差），主要决定于主轴和轴承的制造和装配质量。
②动、静刚度：主要决定于主轴的弯曲刚度、轴承的刚度和阻尼。
③速度适应性：允许的最高转速和转速范围，主要决定于轴承的结构和润滑，以及散热条件。
主轴部件是机床的执行件，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扭矩、承受切削力和驱动力等载荷的作用。
数控机床的主轴部件要求有高的精度、刚度和热稳定性，还应满足数控机床所持有的结构要求。
如对于自动换刀的数控机床，为了实现刀具在主轴上的自动装卸与夹持，还必须有刀具的自动夹紧装置、主轴准停和主轴孔的清理装置等结构。
二、原理结构设计（1）主轴的传动方式：对于机床主轴，传动件的作用是以一定的功率和最佳切削速度完成切削加工。
按传动功能不同可将主传动作如下分类：1.有变速功能的传动：为了简化结构、在传动设计时，将主轴当做传动变速组，常用变速副是滑移齿轮组。
为了保证主轴传动精度及动平衡，可将固定齿轮装于主轴上或在主轴上装换档离合器，这类传动副多装与两支承中间。
对于不频繁的变速，可用交换齿轮、塔轮结构等，此时变速传动副多装于主轴尾端。
2.固定变速传动方式：这种传动方式是为了将主轴运动速度（或扭矩）调整到适当范围。
考虑到受力和安装、调整的方便，固定传动组可装在两支承之外，尽量靠近某一支承，以减少对主轴的弯矩作用，或采用卸荷机构。
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K
P
主轴组件设计
弹性位移δ 是位移方向上的力、主轴组件结构参
数（如尺寸、支承跨矩、支承刚度等）的函数。为简
化刚度计算，引入柔度H（μ m/N），即刚度的倒数。
静 刚 度 决 定 因 素 主轴自身 取决于主轴的惯性矩、主轴端部 的刚度 支承轴 承刚度 的悬伸量和支承跨距 由轴承的类型、精度、安装形 式、预紧程度等因素决定
主轴组件设计 主轴参数
主轴组件设计 主轴传动
若线速度小于30m/s时，可采用V带传动，结构简单， 使用维护方便； 若线速度大于30m/s，可采用多楔带，在平带的基础 下增加若干纵向V形楔的环形带，具有平带的柔软， V带摩擦力大的特点，承载机理仍是平带，带体薄， 强度高，效率高，曲挠性能好，是近年来发展较快
的一种应用广泛的传动带，有取代普通V带的趋势；
主轴组件设计 主轴传动
辅助支承：增加在齿轮外侧的游隙较大的轴承，其
不能预紧，以避免自身同轴度误差造成的影响。
功能：提高动刚度，限制最大变形量。
由于辅助支承存在间隙，因而当主轴载荷较小、
变形量小于间隙值时，辅助支承不起作用；只有载 荷较大、主轴辅助支承部位的变形大于间隙值时， 辅助支承才起作用。
主轴组件设计 主轴传动
高精度机床
P2（UP）
P2（UP）
主轴组件设计 滚动轴承
切削力方向随主轴旋转而同步变化的主轴， 轴承按外圈径向圆跳动选择。 由于外径尺寸较大，相同精度时误差大， 若保持径向圆跳动值不变，可按内圈高一级的 轴承精度选择。
主轴组件设计滚动轴承
4．轴承刚度
轴承存在间隙时，只有切削力方向上的少数几个滚
动体承载，径向承载能力和刚度极低； 轴承零间隙时，在外载作用下，轴线沿方向移动一 距离，对应的半圈滚动体承载，处于外载作用线上 的滚动体受力最大，其载荷是滚动体平均载荷的5倍；
远小于钢的屈服强度。因此，机械强度不是选择主轴
材料的依据。 当主轴的直径、支承跨距、悬伸量等尺寸参
数一定时，主轴的惯性矩为定值；主轴的刚度取
决于材料的弹性模量。但各种钢材的弹性模量
E 2.06 105 MPa 几乎没什么差别。因此刚度也
不是主轴选材的依据。
主轴组件设计 主轴
主轴的材料，只能根据耐磨性、热处理方法及热
主轴组件设计 滚动轴承
2
a b l
a 1 1 a l
前轴承的精度对主轴的影响较大。故前轴承的精度
应比后轴承高一级。
主轴组件设计 滚动轴承
切削力方向固定不变的机床，主轴轴承精度选择
机床精度等级 普通精度级 精密级机床 前轴承 P5或P4 （SP） P4（SP）或P2 （UP） 后轴承 P5或P4 （SP） P4（SP）
主轴组件设计 滚动轴承
切削力方向随主轴的旋转同步变化的主轴，主 轴支承轴颈的某一条线或点间接地跟半径方向上的 外圈滚道表面对应的线或点接触，影响主轴旋转精
度的因素为轴承内圈的径向圆跳动、滚动体的圆度
误差、外圈的径向圆跳动。由于轴承内圈滚道直径
小，且滚道外表面磨削精度高，因而误差较小。
所以，主轴旋转精度主要取决于外圈的径向圆跳动， 即外圈滚道表面相对于轴承外径轴线的同轴度；
2．传动件的布置
为了皮带更换方便，防止油类的侵蚀，带轮通 常安装在后支承的外侧。 多数主轴采用齿轮传动。齿轮可位于两支承之 间，也可位于后支承外侧。 若齿轮在两支承之间时，应尽量靠近前支承，若多
个齿轮，则大齿轮靠近前支承。由于前支承直径 大，刚度高，大齿轮靠近前支承可减少主轴的弯 曲变形，且扭矩传递长度短，扭转变形小。 若齿轮位于后支承外侧时，前后支承能获得理想的 支承跨距，支承刚度高；前后支承距离较小，加 工方便，易保证同轴度，能够实现模块化生产。
3．主轴轴向定位
a)
b)
c)
主轴组件设计 主轴传动
3．主轴轴向定位
a)
b)
c)
主轴组件设计 主轴传动
3．主轴轴向定位
a)
b)
c)
主轴组件设计 主轴参数
五、主轴主要尺寸参数的确定
1．主轴前支承轴颈的确定
主轴直径越大其刚度越大，主轴组件尺寸越大， 在保证主轴组件刚度前提下，尽量减小轴颈D1尺寸。 主轴前支承轴颈D1可按主传动功率选择，也按 主参数选择，或参考同类机床来选取。
2
0.7 ~ 0.9D1 ，
主轴组件设计 主轴参数
2．主轴内孔直径的确定
许多机床都是空心主轴，由力学可知，外径为 D、
内径为 d 的空心轴的惯性矩为
Ik
4
D 64
4
4
d
4பைடு நூலகம்
4
与实心主轴惯性矩的比值为
Ik D d d 4 1 1 4 D Is D
轴承受轴向载荷时，各滚动体承受的轴向力相等。
主轴组件设计滚动轴承
间隙有无与预紧力有关，而预紧力可以使滚 动体之间产生一定过盈量，增加接触面接，提高 支撑刚度和抗振性。因此，有无预紧力对轴承刚
度影响较大，轴承刚度分析应考虑预紧力。
预 紧 程 度 轻预紧 中预紧 重预紧 高速主轴 中低速主轴 分度主轴
承受轴向载荷轴承的极限转速由高到低为：角接
触球轴承、推力角接触球轴承、圆锥滚子轴承、推
力球轴承。
主轴组件设计滚动轴承
滚动轴承选择的基本原则：
主轴组件设计 滚动轴承
3．轴承的精度选择 轴承的精度，应采用P2、P4、P5级和SP、UP级。 SP、UP级轴承的旋转精度相当于P4、P2；内外圈的 尺寸精度比旋转精度低一级，相当于P5、P4级。这 是因为轴承的工作精度主要取决于旋转精度，适当 降低轴承内外圈的尺寸精度可降低成本。
是机床重要的性能指标。可通过增加静刚度、增加阻
尼比来提高动刚度。
主轴组件设计
一、主轴组件应满足的基本要求 1.旋转精度 2.静刚度 3.动刚度 4.温升与热变形 5.精度保持性
主轴组件设计
4．温升与热变形
主轴组件工作时，轴承的摩擦形成热源，切削
热和齿轮啮合热的传递，导致主轴部件温度升高， 产生热变形。 主轴热变形可引起轴承间隙变化，轴心位置偏 移，定位基面的形状尺寸和位置产生变化；润滑油
第三章 机床主要部件设计
一．主轴组件设计 二．支承件的设计 三．导轨设计 四．滚珠丝杠螺母副机构
第一节 主轴组件设计
构成：由主轴及其支承轴承、传动件、定位元件等
组成。
功能：缩小主运动的传动误差并将运动传递给工件
或刀具进行切削，形成表面成形运动；承受切削力
和传动力等载荷。
主轴组件设计
一、主轴组件应满足的基本要求 1.旋转精度 2.静刚度 3.动刚度 4.温升与热变形 5.精度保持性
形式。
如转速小于3000r/min的主轴，采用异步电动机 轴通过联轴器直接驱动主轴，机床可通过改变电动机 磁极对数实现变速；转速小于8000r/min的主轴，可 采用变频调速电动机直接驱动；高速主轴，可将电动
机轴与主轴做成一体，即内装电动机主轴，转子轴就
是主轴，恒速切削可采用中频电动机。
主轴组件设计 主轴传动
主轴组件设计 滚动轴承
滚动轴承与滑动轴承相比，缺点为： ①滚动体的数量有限，因此滚动轴承旋转中的径向刚
度是变化的；
②滚动轴承摩擦因数小，阻尼比小，易引起振动；
③滚动轴承的径向尺寸较大。
主轴组件的抗振性主要取决于前轴承，因而，有的 机床前支承采用滑动轴承，后支承采用滚动轴承。
主轴组件设计滚动轴承
2．主轴滚动轴承的类型选择
主轴组件设计 主轴参数
表3-6 主轴前支承轴颈
主传动功率
5.5 kW
7.5 kW
11 kW
15 kW
车床
升降台铣床 外圆磨床
60～90 60～90
55～70
75～110 75～100
70～80
90～120 90～110
75～90
100～160 100～120
75～100
车床和铣床，主轴为阶梯形， D 磨床主轴，D2 D1 。
处理后的变形大小来选择。
主轴组件设计 主轴精度
3 主轴的技术要求
（2）其他性能要求
表面粗糙度、表面硬度等
主轴组件设计 主轴传动
四、主轴组件
1．传动方式
主轴上的传动方式， 主要有带传动、齿轮传动和 电动机直接驱动。 ⑴带传动：靠摩擦力传递动力，结构简单，中心 距调整方便；能抑制振动，噪声低，工作平稳，特 别适用于高速主轴。
机床主轴较粗，主轴轴承的直径较大，轴承所承
受的载荷远小于其额定动载荷，约为1/10。
因此，一般情况下，承载能力和疲劳寿命不
是选择主轴轴承的主要依据。
主轴轴承，应根据刚度、旋转精度和极限转
速来选择。
主轴组件设计滚动轴承
轴承的轴向承载能力和刚度，由强到弱依次为： 推力球轴承、推力角接触球轴承、圆锥滚子轴承、 角接触球轴承；
主轴组件设计 滚动轴承
切削力方向固定不变的主轴，如：车床、铣床、
磨床等，通过滚动体，始终间接地与切削力方向上
的外圈滚道表面的一条线（线接触轴承）或一点
（球轴承）接触，由于滚动体是大批量生产，且直
径小，圆柱度误差小，其圆度误差可忽略。
因此，决定主轴旋转精度的是轴承的内圈径向
圆跳动，即内圈滚道表面相对于轴承内径轴线的同 轴度。
一、主轴组件应满足的基本要求 1.旋转精度 2.静刚度 3.动刚度 4.温升与热变形 5.精度保持性
主轴组件设计
2.静刚度 定义：是主轴组件在静载荷作用下抵抗变形的能力， 通常以主轴端部产生单位位移弹性变形时，位移方
向上所施加的力表示。
当外伸端受径向作用力P，
受力方向上的弹性位移为δ时，