主轴的形式及结构
数控机床主轴设计
数控机床主轴设计
一、概述
1.数控机床主轴是机床加工过程中的核心部件，其质量直接影响到机
床的精度和生产效率。
数控机床主轴设计的主要任务是解决加工件的加工
精度、表面质量和生产效率等要求的技术问题。
2.数控机床主轴设计工作需要满足性能、结构、重量、尺寸、动力、
控制、安装等方面的要求，其中最重要的是性能和结构要求。
二、主轴结构设计
1.针对不同的加工工艺的要求，数控机床主轴设计的结构形式有很多，常见的有研磨轴、多段轴、悬臂式轴等。
2.研磨轴是机床主轴的基本结构，一般用于精超磨削，其结构特点为
研磨轴有较长的平稳运行区段，其强度高，通常采用梃形连接，耐磨性能好，是目前机床常用的轴形式。
3.多段轴是指主轴有多段，每段之间有齿轮连接，它可以满足不同加
工工艺的需求。
4.悬臂式轴是指主轴的两端分别有悬臂，是一种自转和轴向振动均有
良好平衡的结构形式，是用于精铣、拉床等加工工艺的主轴形式。
三、主轴性能设计
1.主轴的动力要求是指主轴所需的动力。
主要有机械动力、电动机动
力和气动动力等形式，根据不同的加工工艺要求，采用不同动力形式实现，其中机械动力是最常用的动力形式。
主轴端部形式a2-8说明书
主轴端部形式a2-8说明书一、概述本说明书旨在详细介绍主轴端部形式a2-8的设计、结构、使用说明和维护保养方法。
a2-8主轴端部形式是一种常见的机床主轴端部结构，广泛应用于金属切削机床、机械加工等领域。
二、设计特点a2-8主轴端部形式的主要设计特点包括：1.结构紧凑，易于安装和拆卸；2.适用于不同直径和长度的主轴轴承；3.端部形状适中，能够提供足够的支撑力；4.适用于高速切削和重负荷切削。
三、结构组成a2-8主轴端部形式主要由以下部分组成：1.轴承座：用于支撑主轴；2.轴承盖：用于保护轴承并防止杂质进入；3.定位环：用于限制主轴的旋转角度；4.锁紧螺母：用于固定轴承座。
四、使用说明1.安装：a2-8主轴端部形式安装较为简便，按照说明书中的步骤进行即可。
在安装过程中，需要注意轴承座和轴承的清洁度，避免杂质进入主轴内部。
2.调试：安装完成后，需要进行必要的调试，确保主轴运转正常。
具体调试方法可参考说明书中的图示和说明。
3.使用注意事项：在使用过程中，需要注意以下几点：a.避免超负荷运转，确保主轴能够承受切削力；b.定期检查主轴的润滑情况，及时添加润滑剂；c.保持主轴清洁，避免杂质进入主轴内部；d.定期检查轴承座和轴承的磨损情况，及时更换损坏部件。
4.拆卸：在需要拆卸主轴时，按照说明书中的步骤进行即可。
在拆卸过程中，需要注意保护主轴端部不受损伤。
五、维护保养1.定期清洗主轴端部，保持清洁度；2.定期检查轴承座和轴承的磨损情况，及时更换损坏部件；3.根据使用情况，定期添加润滑剂，保持主轴润滑；4.避免强烈震动和冲击对主轴端部造成损伤。
六、故障排除1.主轴无法转动：检查电源是否正常，检查主轴电机是否正常工作；检查主轴端部连接是否正常。
2.主轴运转异响：检查轴承是否有磨损或损坏，检查润滑情况是否正常。
3.其他故障：根据实际情况进行排查和处理。
七、附录和资源推荐1.常见故障及解决方法：列举常见故障及相应的解决方法，方便用户快速解决问题。
主轴分类和特点
主轴根据驱动方式、结构形式和应用领域，可分为以下几类：
1.电机直驱主轴：将电机的转矩直接传递给主轴，无需通过其他传动装置，如齿轮、皮带等。
具有结构简单、传动效率高、响应速度快、精度高等特点，广泛应用于高速数控机床、加工中心等领域。
2.电机间接驱动主轴：需要通过一定的传动装置将电机的转矩传递给主轴。
这类主轴的传动效率相对较低，但结构较为稳定，适用于重载、低速加工等应用场景。
3.液压驱动主轴：利用液压油作为介质，将液压泵产生的压力转化为主轴的旋转动力。
具有较高的输出力矩、低速性能好等特点，适用于重载、高扭矩加工场合。
4.磁悬浮主轴：采用磁力将主轴悬浮于磁轴承中，实现非接触传动。
具有高速、低摩擦、长寿命等特点，但制造难度较大，成本较高。
磁悬浮主轴在高精度、高速加工领域具有广泛的应用前景。
此外，根据结构形式和应用领域，主轴还可以分为以下几种：
1.箱式主轴：适用于高速加工和重负荷切削。
2.双向主轴：可实现同时上下加工。
3.滚珠丝杠主轴：以滚珠丝杠的方式工作，具有较高的准确性和刚性。
4.电主轴：电主轴的转速可实现高速、中速、低速和变速。
5.叉架类零件主轴：具有较高的刚性和稳定性，适用于高强度加工。
主轴采用锥度，能够使主轴和进给系统的间隙达到最小，适用于具有较小直径或较深孔的加工，且在加工精度方面表现优秀。
由于主轴的刚度高，因此不易受到振动的影响，同时，主轴的精度和稳定性也能保证机床的耐久性。
广泛应用于汽车制造、航天制造和模具制造等领域。
以上是主轴的分类和特点的详细描述，不同的主轴具有不同的特性和应用场景，选择合适的主轴可以提高加工效率和精度。
数控机床主轴的几种结构形式
数控机床主轴的几种结构形式
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n
数控机床的主轴部件包括主轴、主轴的支承轴承和安装在主轴上的传动零件等。
主轴部件是机床的重要部件，其结构的先进性已成为衡量机床水平的标志之一。
由于数控机床的转速高、功率大，并且在加工过程中不进行人工调整，因此要求主轴部件具有良好的回转精度、结构刚度、抗振性、热稳定性、耐磨性和精度的保持性。
对于具有自动换刀装置的数控机床，为了实现刀具在主轴上的自动装卸和夹紧，还必须有刀具的自动夹紧装置、主轴准停装置等。
机床主轴的端部一般用于安装刀具、夹持工件或夹具。
在结构上，应能保证定位准确、安装可靠、连接牢固、装卸方便，并能传递足够的扭矩。
目前，主轴端部的结构形状都已标准化，图i所示为几种机床上通用的结构形式。
（a）数控车床主轴端部（b）铣、镗类机床主轴端部（c）外圆磨床砂轮主轴端部
（d）内圆磨床砂轮主轴端部（e）钻床与普通镗床锤杆端部（f）数控镗床主轴端部
图1机床主轴的几种结构形式。
各种主轴结构介绍
各种主轴结构介绍建筑设计中，主轴是指建筑物的中心线或者其中一条突出的线条，它用来组织空间、界定场所以及引导人们的视线。
主轴结构是建筑设计中常用的一种构造形式，它以一条直线或曲线为主轴线，以此为基础布局空间，并在空间两侧设置结构对称或相应的元素。
下面将介绍一些常见的主轴结构形式。
1.直线主轴结构：直线主轴结构是最基本、最常见的一种主轴形式。
它通常是在平面图上以一条直线表示，沿该直线布置着建筑物的各个功能区域。
直线主轴结构简洁清晰，能够直观地表达建筑的主导方向，适用于各种建筑类型。
2.曲线主轴结构：曲线主轴结构是以曲线为基础的主轴形式。
它通过将主轴线设计成一条曲线，使建筑物的布局具有流线型感觉。
曲线主轴结构表现出一种流动和柔和的特点，常用于设计要求动感和柔美的建筑，如体育馆、艺术中心等。
3.中轴主轴结构：中轴主轴结构是一种以一条中轴线为基础的结构形式。
它将建筑物划分为左右两个对称的部分，从而营造出一种庄严、平衡的感觉。
中轴主轴结构常用于宫殿、教堂等需要突出权威和尊贵感的建筑。
4.十字主轴结构：十字主轴结构是以十字形为基础的主轴形式。
它以一条横向的主轴线和一条纵向的主轴线为中心布局建筑物的各个功能区域。
十字主轴结构常用于教堂、大型广场等具有宗教或公共性质的建筑。
5.T形主轴结构：T形主轴结构是以大写字母T形为基础的主轴形式。
它以一条横向的主轴线作为建筑物的主轴，而在主轴线上垂直延伸一条短线，形成T字形布局。
T形主轴结构常用于商业街、购物中心等需要强调主入口和主要活动区域的建筑。
6.L形主轴结构：L形主轴结构是以大写字母L形为基础的主轴形式。
它以一条长线和一条短线相交形成L字形，以此布局建筑物的各个功能区域。
L形主轴结构常用于公园、庭院等需要突出景观和视线引导的建筑。
7.不规则主轴结构：除了以上几种常见的主轴结构形式之外，还有一些不规则的主轴结构。
这些主轴结构形式不受传统几何形状的限制，可以根据建筑设计的需要进行灵活布局。
主轴部件结构图汇总
带交换托盘的多齿盘分度工作台
数控分度工作台
加 工 中 心 回 转 工 作 台
工 作 台 夹 紧 机 构
夹 紧 环 联 轴 器 结 构 图
刀架和机械手部件结构图
立 式 四 方 刀 架 结 构
回 转 刀 架
刀 库 种 类
链 式 刀 库 换 刀 位 置
各种链式刀库
单臂单手式机械手
手臂和手爪结构
加工中心自动换刀装置
刀 库 结 构
T D
向 与 向 滑 台
回 转 立 柱 与 机 械 手 回 转 运 动
机械手臂结构图
换刀装置各部分位置关系图
检测装置结构图
直线感应同步器结构
按磁性标尺基体形状分类的各种磁尺
HEIDENHAIN增量式直线编码器
旋 转 变 压 器
光电脉冲编码器结构示意图
轴 向 垫 片 调 整 法
周 向 弹圆 簧柱 错薄 齿片 调齿 整轮 法 简 图
可 调 拉圆 簧柱 错薄 齿片 调齿 整轮 法 简 图
斜 齿 轮 垫 片 、 压 簧 调 整
锥 齿 轮 弹 簧 调 整 法
齿轮齿条啮合齿侧隙消除法结构简图
滚 珠 丝 杠 结 构
螺纹滚道的结构形式简图
垫片调整式的滚珠丝杠螺母副
螺 纹 调 整 式 的 滚 珠 丝 杠 螺 母 副
齿差调整式的滚珠丝杠螺母副
导轨部件结构图
直 线 滚 动 导 轨 副 结 构
滚动导轨预加负载的方法
直线滚动导轨副的固定
滚 动 导 轨 块
开 式 静 压 导 轨 工 作 原 理
闭 式 静 压 导 轨 工 作 原 理
工作台部件结构图
多齿盘分度工作台结构图
主轴部件结构图
浅谈电主轴的基本结构和维修保养
科学技术创新2020.01浅谈电主轴的基本结构和维修保养高海玉（中车长春轨道客车股份有限公司,吉林长春130000）在重工业高速发展的今天，数控加工设备得到了广泛的应用，特别是在国家提出“一带一路”的发展战略后，轨道交通车辆在国内和国际都开辟了前所未有的市场，随着产量的上升，生产设备的负荷必然加重，数控加工设备的核心部件电主轴就发挥了重中之重的作用。
那么设备的管理人员和维修人员怎样维护好电主轴长时间无故障运行呢？首先就要深入剖析电主轴的组成结构和原理。
1电主轴的结构组成主轴是指从发动机或电动机接受动力，并将动力传递给其它机件的轴。
主轴的结构形式主要有三种，第一种是内装式主轴，也就是本文论述的电主轴，是电机和传动装置都装在一个密闭的壳体内，主要用于数控铣床、数控车床和内磨圆床，在我公司的加工中心等设备得到了广泛应用；第二种是直联式机械主轴，是电机外置于主轴壳体，电机与主轴在同一轴心上放置，并由联轴器进行连接，这种连接方式可以最大程度的体现伺服电机的性能，通过联轴器连接可以杜绝电机和主轴之间的游离间隙，传动精度较高，但对联轴器本身和安装要求提出了严格的要求，主要用于加工中心和数控铣床；第三种是同步带传动机械主轴，相比直联式的主轴结构，同步带式结构具有安装方便、维护简单、运行噪音低等特点，最主要是对两轴之间的位置精度要求不高。
由于机械主轴在高速运行时无需润滑，具有免维护的特点，并且在主轴超出额定负载时，可以通过同步带“爬齿”的形式进行缓冲，可有效保护主轴和伺服电机。
这种连接形式主要应用于数控铣床、数控车床、内磨圆床，一些搅拌摩擦焊设备也是采用这种同步带连接式主轴。
电主轴具有高转速、高精度、低噪音、响应快等特性。
作者将电主轴归纳为以下几部分组成，包括无外壳电机、测量系统、传动机构、拉刀单元、冷却单元、润滑系统、壳体等组成。
电机，即为我们常说的定子和转子，定子是由线圈缠绕组成，绕组绝缘是由匝间绝缘、槽绝缘和相间绝缘等三个绝缘单元结合，完成绕组绝缘的综合体。
主轴承盖结构与形式
主轴承盖结构与形式主轴承盖是机械设备中重要的零部件之一，它承载着主轴的旋转运动，并保护主轴不受外界的干扰和损伤。
主轴承盖的结构与形式对于机械设备的性能和寿命有着直接的影响。
本文将从主轴承盖的结构和形式两个方面进行探讨，以期能够更好地了解主轴承盖的重要性和作用。
一、主轴承盖的结构主轴承盖的结构主要包括盖体、密封件和固定件三个部分。
1. 盖体：主轴承盖的盖体通常由铸铁、钢板等材料制成，具有足够的强度和刚性，能够承受主轴的旋转力和轴向力。
2. 密封件：主轴承盖的密封件主要用于保护主轴不受外界的灰尘、水分等杂质的侵入，从而保证主轴的正常运转。
常见的密封件有油封、密封圈等，其材料通常选择耐磨、耐油腐蚀的橡胶材料。
3. 固定件：主轴承盖的固定件用于将主轴承盖固定在机械设备上，保证主轴承盖的稳定性和密封性。
常见的固定件有螺栓、螺母等，其材料通常选择高强度的合金钢。
二、主轴承盖的形式主轴承盖的形式根据不同的机械设备和工作条件而有所不同，常见的形式有以下几种：1. 开式主轴承盖：开式主轴承盖的上盖和下盖可以分开，方便进行维护和检修。
这种形式的主轴承盖适用于要求频繁更换主轴承的场合，如高速电机。
2. 半封闭式主轴承盖：半封闭式主轴承盖的上盖和下盖连接在一起，只能通过拆卸主轴才能进行维护和检修。
这种形式的主轴承盖适用于主轴承寿命较长的场合，如重型机床。
3. 全封闭式主轴承盖：全封闭式主轴承盖的上盖和下盖连接在一起，并且具有较好的密封性能，能够有效地防止外界的灰尘和水分进入。
这种形式的主轴承盖适用于对主轴承要求较高的场合，如精密机床。
三、主轴承盖的重要性和作用主轴承盖作为机械设备中的关键部件，具有以下重要性和作用：1. 保护主轴不受外界的干扰和损伤：主轴承盖能够有效地防止外界的灰尘、水分等杂质进入主轴轴承，从而保护主轴轴承不受损坏，延长主轴轴承的使用寿命。
2. 提供足够的刚性和强度：主轴承盖作为支撑主轴的重要部件，需要具备足够的刚性和强度，能够承受主轴的旋转力和轴向力，保证机械设备的正常运转。
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关于主轴结构
何謂直結式主軸？
直結式主軸即類似三軸馬達與滾珠螺桿之接合方式，主軸馬達置於主軸上方，馬達與主軸以高剛性無間隙連軸器相連，馬達端之轉動經由連軸器傳於主軸，此即直結式主軸
直結式主軸比起皮帶式，齒輪式與內藏式有什麼特色？
內藏式主軸:
內藏式主軸即將馬達與主軸合而為一，將馬達轉子安裝於主軸軸心，定子在外，運轉原理和一般主軸馬達相同，其具有低振動特性，動態迴轉精度亦較好，但因主軸內必須置放馬達轉子造成軸承跨距較大，剛性較弱的情形發生
內藏式主軸因剛性之故並不適合重切削
直結式主軸：
直結式主軸即類似三軸馬達與滾珠螺桿之接合方式，主軸馬達置於主軸上方，馬達與主軸以高剛性無間隙連軸器相連，馬達端之轉動經由連軸器傳於主軸，此即直結式主軸
直結式主軸屬於剛性連結，對於馬達輸出之POWER較能完全表達於主軸特性，機械效率較高，於主軸運動時，連軸器扮演著不可或缺的角色，連軸器校正好或壞足以影響主軸運動精度，若連軸器校正不良對主軸產生下列影響，主軸溫昇急劇昇高、主軸震動過大、主軸偏擺過大、加工精度不良、甚至主軸燒毀
皮帶式主軸:
皮帶式主軸以皮帶傳遞主軸馬達之運動至主軸，其優點為，振動較齒輪式主軸小，易組裝，缺點為高速時噪音大，皮帶張力不易控制等
齒輪式主軸:
齒輪式主軸最大之優點為可傳遞高扭力，重切削能力優良，其缺點為轉速受限於齒輪設計不易提昇等
电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，它与直线电机技术、高速刀具技术一起，将会把高速加工推向一个新时代。
电主轴是一套组件，它包括电主轴本身及其附件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置。
电主轴所融合的技术：
高速轴承技术：电主轴通常采用复合陶瓷轴承，耐磨耐热，寿命是传统轴承的几倍；有时也采用电磁悬浮轴承或静压轴承，内外圈不接触，理论上寿命无限；
高速电机技术：电主轴是电动机与主轴融合在一起的产物，电动机的转子即为主轴的旋转部分，理论上可以把电主轴看作一台高速电动机。
关键技术是高速度下的动平衡；
润滑：电主轴的润滑一般采用定时定量油气润滑；也可以采用脂润滑，但相应的速度要打折扣。
所谓定时，就是每隔一定的时间间隔注一次油。
所谓定量，就是通过一个叫定量阀的器件，精确地控制每次润滑油的油量。
而油气润滑，指的是润滑油在压缩空气的携带下，被吹入陶瓷轴承。
油量控制很重要，太少，起不到润滑作用；太多，在轴承高速旋转时会因
油的阻力而发热。
冷却装置：为了尽快给高速运行的电主轴散热，通常对电主轴的外壁通以循环冷却剂，冷却装置的作用是保持冷却剂的温度。
内置脉冲编码器：为了实现自动换刀以及刚性攻螺纹，电主轴内置一脉冲编码器，以实现准确的相角控制以及与进给的配合。
自动换刀装置：为了应用于加工中心，电主轴配备了自动换刀装置，包括碟形簧、拉刀油缸等；
高速刀具的装卡方式：广为熟悉的BT、ISO刀具，已被实践证明不适合于高速加工。
这种情况下出现了HSK、SKI等高速刀具。
高频变频装置：要实现电主轴每分钟几万甚至十几万转的转速，必须用一高频变频装置来驱动电主轴的内置高速电动机，变频器的输出频率必须达到上千或几千赫兹。
电主轴的工作原理
电主轴就是直接将空心的电动机转子装在主轴上，定子通过冷却套固定在主轴箱体孔内，形成一个完整的主轴单元，通电后转子直接带动主轴运转。
电主轴的典型结构
电主轴单元典型的结构布局方式是电机置于主轴前、后轴承之间（如图所示），其优点是主轴单元的轴向尺寸较短，主轴刚度大，功率大，较适合于大、中型高速数控机床；其不足是在封闭的主轴箱体内电机的自然散热条件差，温升比较高。
电主轴的优点
电主轴省去了带轮或齿轮传动，实现了机床的“零传动”，提高了传动效率。
电主轴的刚性好、回转精度高、快速响应性好，能够实现极高的转速和加、减速度及定角度的快速准停（C轴控制），调速范围宽。
电主轴的关键技术
“电主轴”的概念不应简单理解为只是一根主轴套筒，而应该是一套组件，包括：定子、转子、轴承、高速变频装置、润滑装置、冷却装置等。
因此电主轴是高速轴承技术、润滑技术、冷却技术、动平衡技术、精密制造与装配技术以及电机高速驱动等技术的综合运用。
电主轴的设计和装配
电主轴要获得好的性能和使用寿命，必须对电主轴各个部分进行精心设计和制造。
电主轴的定子由具有高导磁率的优质矽钢片迭压而成，定子内腔带有冲制嵌线槽。
转子由转子铁芯、鼠笼和转轴三部分组成。
主轴箱的尺寸精度和位置精度也将直接影响主轴的综合精度。
通常将轴承座孔直接设计在主轴箱上，为加装电机定子，必须至少开放一端。
主轴高速旋转时，任何小的不平衡质量即可引起电主轴大的高频振动。
因此精密电主轴的动平衡精度要求达到G1~G0.4级。
对于这种等级的动平衡，采用常规的方法即仅在装配前对主轴上的每个零件分别进行动平衡是远远不够的，还需在装配后进行整体的动平衡，甚至还要设计专门的自动平衡系统来实现主轴的在线动平衡。
另外，在设计电主轴时，必须严格遵
守结构对称原则，键联接和螺纹联接在电主轴上被禁止使用，而普遍采用过盈联接，并以此来实现转矩的传递。
过盈联接与螺纹联接或键联接相比有：不会在主轴上产生弯曲和扭转应力，对主轴的旋转精度没有影响；主轴的动平衡易得到保证等优点。
转子与转轴之间的过盈联接分为两类，一类是通过套筒实现的，此结构便于维修拆卸；另一类是没有套筒，转子直接过盈联接在转轴上，此类联接转子装配后不可拆卸。
由于内孔与转轴配合面之间有很大的过盈量，所以转子与转轴可以采用转轴冷缩和转子热胀法装配。
带有套筒的联接拆卸时，需向转子套筒上预留的油孔中高压注油，迫使转子的过盈套筒涨开，即可顺利拆卸下电机的转子。
电机定子通过一个冷却套固定装在电主轴的箱体中。
电主轴的运动控制
在数控机床中，电主轴通常采用变频调速方法。
目前主要有普通变频驱动和控制、矢量控制驱动器的驱动和控制以及直接转矩控制三种控制方式。
普通变频为标量驱动和控制，其驱动控制特性为恒转矩驱动，输出功率和转速成正比。
普通变频控制的动态性能不够理想，在低速时控制性能不佳，输出功率不够稳定，也不具备C 轴功能。
但价格便宜、结构简单，一般用于磨床和普通的高速铣床等。
矢量控制技术模仿直流电动机的控制，以转子磁场定向，用矢量变换的方法来实现驱动和控制，具有良好的动态性能。
矢量控制驱动器在刚启动时具有很大的转矩值，加之电主轴本身结构简单，惯性很小，故启动加速度大，可以实现启动后瞬时达到允许极限速度。
这种驱动器又有开环和闭环两种，后者可以实现位置和速度的反馈，不仅具有更好的动态性能，还可以实现C轴功能；而前者动态性能稍差，也不具备C轴功能，但价格较为便宜。
直接转矩控制是继矢量控制技术之后发展起来的又一种新型的高性能交流调速技术，其控制思想新颖，系统结构简洁明了，更适合于高速电主轴的驱动，更能满足高速电主轴高转速、宽调速范围、高速瞬间准停的动态特性和静态特性的要求，已成为交流传动领域的一个热点技术。
电主轴的发展趋势
随着机床技术、高速切削技术的发展和实际应用的需要，人们对机床电主轴的性能也提出了越来越高的要求，电主轴技术的发展趋势主要表现在以下几个方面：
（1）向高速大功率和低速大转矩方向发展
（2）向高精度、高刚度方向发展
（3）向精确定向（准停）方向发展
（4）向快速起、停方向发展
（5）向超高速方向发展
（6）向标准化方向发展。