第10章 主轴组件
主轴组件
加工中心主轴组件分析报告一、主轴组件概述1.主轴组件定义加工中心主传动系统是由主轴电动机、主轴传动系统以及主轴组件组成，而主轴组件是加工中心的主传动部分的主要组成部分，在机床上，主轴主要作用是夹持工件或刀具旋转，提供足够的驱动功率或输出转矩，能在整个速度范围内提供切削所需功率和转矩，以满足机床强力切削时的要求，直接参加表面成形运动。
（应附图）主轴被比喻为“机床的心脏”，这是再恰当不过了，人们期望它输出更高的转速、更大的扭矩、更强劲的功率、更小的主轴跳动、更低的磨损率、更少的故障及更低的价格。
目前国内机床主轴的水平还未满足用户的要求。
2.国内外主轴现状比较在国外，主轴单元的设计大多是可以公开的，一些大轴承公司甚至公开出版书籍，教人们如何设计适合的主轴单元具体到使用什么轴承、轴承的精度等级、相应的配合公差、形位公差、主轴单元可以达到的精度、润滑方式、润滑油、密封方法、动平衡精度等,有的公司还会介绍如何装配，应在什么环境下装配等。
设计可以公开，但加工工艺就很少见诸文献。
大多数公司对工艺都严守秘密，好多出国考察的人士就反映主轴单元零件的精加工场所，甚至装配场所几乎都不允许参观。
因此很难叙述目前国外的工艺水平，只能从一些间接的现象来评估。
例如有时我们采用相同的设计、相同的材料、用同一轴承公司的型号、精度等级相同的轴承，而做不出相同精度或相同速度的主轴单元来。
对铣削加工中心，主轴跳动在1um已经是国内用户购买高精度机床的一个标淮，这对于国外的机床来说，也已经是一个非常普通的参数，甚至于价位很低的机床，反观我们国内的情况，还没有哪个厂家明确地在产品样本上标明主轴跳动为lum，而实际的情况更糟糕，机床的主轴指标往往是5um。
情况为什么会是这样呢?原因主要的还是主轴的结构设计、加工工艺、热处理工艺、装配工艺的问题。
这个也是以后开发主轴的技术难点。
此处至少应就主轴类技术指标、材料及热处理的差距列表，差距比较是表现技术水平高低的重要形式，必须有数据，国外在主轴方面的发展方向是什么，必须在文中有回答（并提供一些参考资料作为支持）二主轴组件的分类、功能、性能要求以下以铣加工中心作为例子介绍（1）主轴组件的分类：皮带式主轴、直结式主轴、内藏式主轴（电主轴）（应附图）三类主轴使用环境：皮带式主轴广泛用于小型机床上，并能满足机床对转矩特性的要求；直结式主轴虽然简化了主轴结构，有效地提高了主轴刚度，但主轴输出转矩小，电动机发热对主轴精度影响大；内藏式主轴是集皮带式主轴和直结式主轴优点，具有高速度，高精度，以及良好的稳定性能等多项优点，广泛用于数控钻铣设备，精密雕刻、雕铣、木工机械、精密磨床及其他数控高速机械。
第10章 主轴组件PPT课件
金属切削机床
第三节 主 轴
主轴的结构 主轴材料与热处理方法 主轴技术要求
21
金属切削机床 主轴的结构 为了便于装配和满足轴承、传动件等轴向定位的需 要，主轴一般是阶梯形的轴。 有些主轴是空心的，如车床、铣床、加工中心等的 主轴。中孔用以通过棒料等。 d/D＝0.7时，惯性矩下降约24％。为了不致使主轴 的刚度受太大的影响，孔径不宜超过外径的70％。
金属切削机床
a)
b)
常与双列圆柱滚子轴承配套使用
主轴轴承常用 轻系列、特轻系列、超轻系列
15
金属切削机床
主轴滚动轴承的精度 向心轴承： 0、6、5、4、2； 圆锥滚子轴承：0、6x、5、4、2； 推力轴承： 0、6、5、4
SP级和UP级作为补充；
旋转精度，相当于P4级和P2级；
(高)
内外圈的尺寸精度，则相当于P5级和P4级 (低)
轴承的工作精度主要决定于旋转精度
“成套轴承的内圈径向跳动”----Kia “成套轴承的外圈径向跳动”----Kea “轴圈滚道对底面的变动量”---Si（用于推力轴承）16
金属切削机床
表10-3
机床精度等级 前 轴 承
后轴承
普通精度级 精密级 高精度级
P5 或 P4（SP） P5 或 P4（SP）
主轴轴承在最高转速空转、连续运转至热稳态时允许温升为：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
高精度机床 精密机床和数控机床 普通机床
810 ℃ 1520 ℃ 3040 ℃
滚动轴承温度不得超过 滑动轴承温度不得超过
70 ℃ 60 ℃
影响因素：
轴承间隙和预紧力的大小；润滑方式、散热条件等8
金属切削机床 5）耐磨性
长期保持原始精度的能力，即精度的保持性。 磨损后对精度有影响的部位首先是轴承。其次是安 装夹具、刀具或工件的定位面和锥孔, 还有如钻、镗床 的移动式主轴的内、外导向表面。
主轴组件设计资料2
数控机床的主传动系统2 本word文档包含以下内容（大量图及文字）：主传动系统方案的选择确定主轴组件设计计算一、主轴组件设计要求二、主轴组件结构尺寸及材料确定主轴前后直径d 1、d2的确定主轴内孔直径d的确定主轴悬伸量a的确定主轴轴承支撑跨距L的确定主轴端部结构尺寸的确定主轴材料选择三、主轴组件轴承选择设计计算（一）主轴组件轴承类型的选择（二）主轴组件轴承配置的选择（三）主轴组件轴承的精度（四）主轴组件轴承的润滑与密封（五）主轴组件轴承预紧和间隙调整第一节主轴组件内容：对主轴部件的基本要求；主轴滚动轴承、滑动轴承的选择设计；主轴的结构设计；典型主轴部件的分析。
要求：掌握主轴部件的设计方法、能力。
1机床主轴：机床在加工时直接带动刀具或工件进行切削和表面成形运动的旋转轴。
主轴组件的组成：主轴、轴承、传动件(如齿轮、带轮)和固定件(如螺母)等主轴组件的功用支承并带动工件或刀具，完成表面成形运动；传递运动和转矩；承受切削力和驱动力等载荷。
主轴组件夹持着工件（车床）或刀具（钻床、镗床、铣床、磨床）直接参加表面成形运动，因此它的回转轴心线位置必须准确、稳定，以保证一定的加工精度和表面粗糙度。
它的工作性能对加工质量和机床生产率有重要的影响。
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1、旋转精度旋转精度：指装配后，在无载荷、低速转动的条件下，主轴安装工件或刀具部位的径向跳动、轴向跳动、轴向窜动。
影响旋转精度的因素：各主要件(主轴、轴承、壳体孔等)的制造、装配和调整精度。
各类通用机床主轴部件的旋转精度已在机床精度标准中作出规定，专用机床主轴部件的旋转精度则根据工件精度要求确定。
工作转速下旋转的精度（运动精度）（1）通常讲的旋转精度是在无载荷、低速转动的条件下。
（2）当主轴以工作转速旋转时，由于润滑油膜的产生和不平衡力的扰动，旋转精度将有所变化。
这个差异，对于精密和高精度机床，是不可忽略的。
（3）工作转速下旋转的精度，影响因素还有：主轴的转速、轴承的性能、润滑、主轴部件的动态特性。
主轴组件设计资料(全)知识讲解共145页
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
பைடு நூலகம்
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
非标设备设计复习题
题库一、是非题（对的打“√”，错的打“×”10%） (4)第1章 (4)第2章 (4)第3章 (5)第4章 (5)第5章 (5)第6章 (6)第8章 (6)第9章 (7)第11章 (7)第12章 (7)夹具 (8)二、选择题 (8)第2章 (8)第3章 (9)第3章 (10)第8章 (11)第9章 (11)第12章 (12)夹具 (12)三、填空题 (13)第1章 (13)第2章 (13)第3章 (13)第4章 (14)第5章 (14)第6章 (14)第8章 (14)第9章 (15)第11章 (15)第12章 (15)夹具 (16)四、问答题(12%) (16)五、计算题 (18)金属切削机床练习 ........................................................................................... 错误!未定义书签。
一、是非题（对的打“√”，错的打“×”10%）第1章1．机床的可靠性是指机床在整个使用寿命周期内完成规定功能的能力。
（√）2．机床的可靠性是指机床在使用时完成规定功能的能力。
（×）3．机床形式与支承形式分为卧式、立式，机床形式是指主运动执行件的状态，支承件形式指高度方向尺寸相对长度方向尺寸的大小。
（√）4．机床形式与支承形式分为卧式、立式，是指主运动执行件的状态。
（×）第2章5．从动轴转速与主动轴转速的比值称为传动比。
（√）6．主动轴转速与从动轴转速的比值称为传动比。
（×）7．拟定转速图时，在传动顺序上，各变速组应按“前多后少”的原则排列。
（√）8．拟定转速图时，在传动顺序上，各变速组应按“前少后多”的原则排列。
（×）9．设计变速传动系统运动时，传动副“前多后少”，传动线要“前密后疏”；降速要“前慢后快”。
（√）10．设计变速传动系统运动时，传动副“前多后少”，传动线要“前密后疏”；升速要“前快后慢”。
第9章 主轴组件设计
常用中碳结构钢：优质结构钢，45。 合金结构钢，40Cr, 50Mn, 65Mn. 球墨铸铁也开始应用。 （2）热处理方法：滑动轴承支承，前端定位表面，淬硬HRC50~55； 低碳钢，渗碳淬火；合金可以化学处理。 三、主轴的技术条件 主轴的精度是根据机床的精度来提出技术要求，主轴的精度是：尺寸精 度，形状精度，以及支承轴颈与壳心表面之间的位置精度和光洁度。 支承轴颈为主轴基准，是工艺基准和测量基准，技术条件可以根据机床 手册和同等精度机床主轴图纸上的条件确定。
一般：普通级机床 精密级机床 高精度机床
前轴承 前轴承 前轴承
D 或C 级 C 或B 级 B 级
后轴承和推力轴承 后轴承和推力轴承 后轴承和推力轴承
E 或D 级 D 或C 级 C 或B 级
2.主轴滚动轴承选配 1）前轴承选配 主轴在前支承处的径向跳动对其端部的旋转精度影响最大。因此首先应采 用轴承选配法来减小前支承处的径向跳动。 采用合理的轴承选配法，可在制造精度并非很高的情况下，也能使主轴组 件获得较高的旋转精度。
5.耐磨性 耐磨性又叫精度保持性：是主轴组件长期的保持其原始制造精度的能力， 所以相对运动部件间都必须有一定的硬度，对 摩擦表面要进行热处理和化学处理。 机床的工作精度 ---- 旋转精度 静态工作精度 ---- 刚度 动态工作精度 ---- 抗振性 精度保持性 ---- 耐磨性 此外还有结构上的要求： （1）主轴的定位可靠，轴向、径向（在切削力和传动力作用下）。 （2）主轴端部的结构要保证工件或刀具的装夹定位可靠及足够的 定位精度。 （3）保持长期可靠的运转，润滑与密封。 （4）结构工艺性好，好造、好装、好拆、好修。并降低成本。 综合上述：
（2）主轴切削力受压段短，纵向稳定性好。 （3）前支承的角刚度高，角阻尼大，因此主轴组件的刚度高和抗振性好。 （4）前支承的结构较复杂，温升较高。 适用范围：对轴向精度和刚度要求较高的高速、精密机床主轴（如精密车 床、镗床、坐标镗床等）及对抗振性要求较高的普通机床主轴（如卧式车床、 多刀车床、铣床等）。 2）后端定位 后端定位结构其特点： （1）前支承的结构简单、温升较小； （2）主轴受热向前伸长，影响主轴的轴 向精度； （3）刚度及抗振性较差。 适用范围：不宜用于精密、抗振性要求高的机床， 可用于要求不高的中速、普通精度机床的主轴（卧式车床、多刀车床、立式铣 床等）。
机床主轴组件设计介绍
主轴组件基本要求
■ 旋转精度 ■ 刚度 ■ 抗振性 ■ 热稳定性 ■ 耐磨性
主轴组件基本要求
■ 旋转精度 ■ 刚度 ■ 抗振性 ■ 热稳定性 ■ 耐磨性
径向跳动 轴向跳动
冲击力，交变力 硬度不均匀 加工余量变化 静刚度、质量分布 、阻尼 评价指标 低阶固有频率与振型
主轴组件基本要求
■ 旋转精度 ■ 刚度 ■ 抗振性 ■ 热稳定性 ■ 耐磨性
· 外径—D0 ·孔径— d ·悬伸量— a ·支撑跨距— L
重点掌握
■ 主轴组件的组成及功能 ■ 主轴滚动轴承配置 ■ 主轴滚动轴承精度及选配 ■ 主轴滚动轴承间隙调整 ■ 主轴结构尺寸计算
需要主轴具有分度运动功能
C轴功能示意
C轴传动系统
机床主轴组件设计
主要内容
■ 主轴组件的组成及功能 ■ 主轴组件基本要求 ■ 主轴传动件 ■ 主轴滚动支撑 ■ 主轴组件结构尺寸
主轴组件的组成及功能
■ 主轴组件由主轴、主轴轴承、传动件和定 位件等部分组成。
■ 主轴组件的功用是：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； 同时承受切削力和传动力等载荷。
构要求
■ 传动件布置
数控铣床主轴箱
主轴滚动支撑
■ 主轴常用滚动轴承的结构特点
· 角接触球轴承 · 双列短圆柱滚子轴承 · 圆锥滚子轴承 · 推力轴承 · 双向推力角接触轴承 · 陶瓷滚动轴承 · 磁浮轴承
角接触球轴承
双列圆柱滚子轴承
双向推力角接触球轴承
■ 主轴滚动轴承选择 ■ 主轴滚动轴承配置
· 径向轴承配置 · 推力轴承配置
■ 前端定位 ■ 后端定位 ■ 两端定位
· 三支撑配置
前端定位
■ 主轴滚动轴承精度及选配
第十章 船机主要零件的材料和热处理
三、活塞环的表面处理
1、主要方法
镀铬：提高耐磨性能。 喷钼：提高耐磨性、抗拉缸性、耐热性， 减少摩擦系数和改善表面的储油性。
2、其它强化方法：喷涂陶瓷、渗硫、激光热处理等
第七节 气阀
气阀是柴油机配气机构中的主要零件。 一、气阀的工作条件及对材料的要求 1、气阀的工作条件 头部直接与高温高压燃气接触，承受较高的热负荷， 并受高温废气的腐蚀； 同时气阀和阀座受高压燃气的交变载荷； 气阀关闭时有撞击； 阀杆与导套之间的相对运动产生磨损。 2、对气阀材料的要求 具有较高的高温强度和高温抗腐蚀性能； 具有较高的耐磨性、抗冲击性； 热膨胀系数小、导热性好
工作条件 零件 应力 种类 拉、剪 弯、扭 载荷 性质 静载 循环 冲击 循环 冲击 交变 冲击 受载 状态 -轴颈 摩擦 摩擦 振动 振动 常见失效形式 性能要求
螺栓 传动轴
过量变形，断裂 疲劳断裂， 过量变形，轴颈磨损 断齿，磨损， 疲劳断裂，接触疲劳 弹性失稳， 疲劳破坏
强度，塑性 综合力学性能 表面高硬度及疲劳 极限，心部强度及韧性 弹性极限， 屈强比，疲劳极限
传动齿轮 弹簧
压、弯 扭、弯
２. 工作环境 —— 温度，介质（如腐蚀，摩擦）。 ３. 特殊功能要求 —— 导电性、磁性、热膨胀性、比重、外观等。 ４. 性能要求的指标化 —— 如强硬度、塑韧性等的具体数值。 手册数据、经验公式的局限性 —— 力学性能与零件尺寸有关 40钢不同尺寸毛坯的力学性能
热处理条件 毛坯尺寸/mm 5 850淬火 30 50 500回火 750 700 15 15 80 56 σ b / MPa 800 δ / % 16 AKU / J 120
铸钢（ZG230-450等）
铸造青铜 铝基轴承合金的轴瓦的瓦壳——低碳钢（05、08、10、15、20）
主轴组件的计算资料重点
1.25-2.5 ＞2.5
4．主轴合理跨距的选择
➢图4-30所示
➢主轴轴端受力下作用后，其轴端的弹性变 形y由y1 、y2 两部分组成。
（1）刚性支承上弹性主轴端部的位移y1
➢假设支承为刚体，主轴弹性变形引起的主
轴轴端位移y1 ,按两支点梁的挠度公式计算
：
y1
Fa 3 3EI
L a
1
➢当主轴平均直径为D，内孔直径d时，主轴 截面的平均惯性矩 I=π（D4 -d4)／64；E 为弹性模量, E=2.1×105N／mm2左右
a
2
L
2a L
1
式中RA
F 1
a L
，RB
F
a L
因将LaFya此1式（A33FK5FE）aA I代31入La式La，（3B14）KF得BaL
）Ky得2B L
F KA
1
a L
2
F KB
a L
2
F KA
1
KA KB
a L
2
2a L
1
F KA
区域I: 中等转速、中等以上载荷
区域II: 中等以上转速、中等以下载荷及 三支承主轴
D1根据机床主电动机功率确定
区域I: 中等转速、中等以上载荷
区域II: 中等以上转速、中等以下载荷及 三支承主轴
D1根据机床主参数确定
➢表 所示为普通车床主轴前轴颈直径D1和主 参数最大加工直径Dmax的关系。
Dmax 200～250 315～400
冷却管等
2.大型、重型机床的空心主轴，减轻重量
➢确定d的原则：在满足对空心主轴孔径的要 求和最小壁厚要求以及不削弱主轴刚度的 要求下尽量取大些。
立式加工中心主轴组件的结构设计
摘要加工中心由于备有刀库并能自动更换刀具，使得工件在一次装夹中可以完成多工序的加工。
加工中心一般不需要人为干预，当机床开始执行程序后，它将一直运行到程序结束。
加工中心还赋予了专业化车间一些诸多优点，如：降低机床的故障率，提高生产效率，提高加工精度，削减废料量，缩短检验时间，降低刀具成本，改善库存量等。
由于加工中心的众多优势，所以它深受全球制造企业的青睐。
加工中心主要由主轴组件、回转工作台、移动工作台、刀库及自动换刀装置以及其它机械功能部件组成。
其中的主轴组件是机床重要的组成部分，其运动性能直接影响机床加工精度与表面粗糙度。
本文在查阅大量国内外文献的基础上，通过研究分析不同加工中心主轴组件的性能，综合地比较了其特点，并拟定了一个较为合理的主轴组件结构方案。
同时，还就主轴、轴承以及丝杠等重要零件的机械性能进行了探讨，并对这些零件的刚度和强度进行了校核。
此外，本设计中所采用的陶瓷轴承能有效地增加主轴的刚度，从而提高了加工中心的可靠性和稳定性。
关键词：主轴组件，加工中心，数控机床Spindle unit design of Vertical machining centerABSTRACTMachining center evolved from the need to be able to perform a variety of operations and machining sequences on a workpiece on a single machine in one setup. Machining center requires little operator intervention, and once the machine has been set up, it will machine without stopping until the end of the program is reached. Some of the other advantages that machining centers give a manufacturing shop are greater machine uptime, increased productivity, maximum part accuracy, reduced scrap, less inspection time, lower tooling costs, less inventory and so on. Because of their many advantages, machining centers become widely accepted by manufacturing enterprises in the world.Machining centers are equipped with spindle units, rotary workbench, moving workbench, tool magazines and automatic tool changers, and other mechanical function components. Spindle unit is the important motion part of the metal cutting machine tool. Its movement behavior affects the machining accuracy and surface roughness of part to be machined. Through referring to a variety of technical literatures, the characteristics of some kinds of spindle units are compared with each other based on analysis and research work on different machining centers. A reasonable scheme can be studied out. Meanwhile, the mechanical behaviors of principle parts such as the spindle,bearings and lead screw are discussed. Their rigidity and strength are calculated and examined here. Morever, a kind of advanced ceramic bearings is introduced into the spindle unit, which can effectively enhance the rigidity of spindle units. They will improve the reliability and stability of machining centers.Key words：spindle unit，machining center，NC machine tool立式加工中心主轴组件的结构设计0 引言装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展高新技术产业和尖端工业（如：信息技术及其产业，生物技术及其产业，航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。
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角接触球轴承具有良好的高速性能，但它的承载能力较 小，因而适用于高速轻载或精密机床，如高速镗削单元、高 速CNC车床等。
速度刚度结构
第十章 主轴组件
组成——主轴、轴承、传动件(齿轮、带轮)、紧固 件（如螺母）、密封件等
大多数机床都具有主轴组件；刨床、拉床除外
有的机床只有一个主轴组件， 有的有多个，如磨床、组合机床
不同点——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。
主轴组件有较高的要求
金属切削机床 主轴组件的特点 结构上：
解决工件或刀具在主轴上的定位和装夹；
主轴与轴承以及轴承与支承座孔的定位和装夹；
主轴轴承的润滑与密封以及轴承间隙的调整等问题。 工艺上：便于制造、装配、调整和维修。 使用上：有与机床相匹配的旋转精度、刚度、动态 和热态特性、耐磨性等要求。
滑动轴承上的高精度磨床的主轴、镗床和坐标镗
床主轴，要求有很高的耐磨性，可选用38CrMoAlA，
进行氮化处理，使表面硬度达到HV1100～1200（相当 于HRC69～72）
主轴的技术要求
金属切削机床
主轴组件
金属切削机床
中等转速，较高刚度
金属切削机床
转速较高，刚度略低
金属切削机床
磨床类主轴：特点高转速
多用于轴向载荷大的地方；
如车、镗、铣床和加工中心主轴。
把内外圈相对轴向位移，可以调整间隙，实现预紧；
多用于高速主轴；
为适应数控机床转速的提高，国外已开发了超高速 角接触球轴承，采用陶瓷滚珠和减小滚珠直径。
金属切削机床
双列圆柱滚子轴承
特轻型；常用；
滚道环槽开在内圈上；滚动 体、保持架、内圈为一体。 外圈可分离； 内圈锥度1:12。
金属切削机床 角接触球轴承 推力球轴承 圆锥滚子轴承 角接触球轴承 接触角α=15° 转速高、 轴向刚度低， 多用于轴向载荷小，转速 圆柱滚子轴承 深沟球轴承 滚针轴承
较高的地方（磨床主轴） 或不受轴向载荷的车、镗、
铣床的主轴后轴承
金属切削机床 接触角α=25°
轴向刚度高；
径向刚度和允许的转的滚动轴承
滚动轴承的特点： 能在转速和载荷变化幅度很大的条件下稳定地工作；
能在无间隙，甚至预紧的条件下工作；
摩擦系数小，有利于减少发热； 润滑容易，脂或油； 由轴承厂专门生产，可以外购。
滚动体数量有限，在旋转中径向刚度变化，同时引
起振动； 阻尼较低； 径向尺寸较大。
实现轴向定位。因此，箱体孔可做
成通孔，便于加工。
23
金属切削机床
它既可以承受径向载荷，又可以承受双向轴向载荷。
滚锥数量多，承载能力和刚度大，轴承制造精度高。
适用于中低速、中等以上载荷的机床主轴的前支承
处。
注意润滑和冷却条件。
金属切削机床 主轴滚动轴承的精度
P0 G P6 E P5 D P4 C P2 B
金属切削机床
动态特性
两端支承简化为两个弹簧。三个振型：
（1）平移——主轴作为一个刚体在弹性支承上作平
移振动，如图b所示。主轴各点振动方向一致。
（2）摇摆——主轴作为刚体在弹性支座上摇摆。左
右振动方向相反。振动线与轴心线交点P称为节点。 （3）弯曲——主轴作弯曲振动。主轴中间与两端的 振动方向相反。共有两个节点P1、P2。这两个节点离 支承点不远。
滚 动 轴 承 的 预 紧
38
主轴组件的传动
1、传动方式（传动件：齿轮和带） 齿轮v<12—15m/s 斜齿轮稳定性好 少用滑移齿轮，活装零件，多用圆锥配合 带传动 (V：v<30m/s 平带v>30m/s 丝带v>35m/s) 2、主轴传动件的布置 传动齿轮位于前后轴承之间（图10—9），靠前轴承， 减少主轴弯曲变形。 传动齿轮位于后轴承后（图10—8、10—10） 主轴装多个齿轮时，大齿轮靠近前轴承，承载力大。 传动件是皮带时，皮带靠后。
金属切削机床
主轴悬伸量的确定
金属切削机床
最佳跨距
思考题 1. 试述对机床主轴组件的基本要求.
金属切削机床
2.主轴速度对于轴承选择有怎样的影响？ 3.前轴承的精度对于主轴组件的影响较大？ 故前轴承的精度选得高些。你能说明原因 吗？
主轴的结构
为了便于装配和满足轴承、传动件等轴向定 位的需要，主轴一般是阶梯形的轴。 有些主轴是空心的，如车床、铣床、加工中 心等的主轴。中孔用以通过棒料等。 d/D＝0.7时，惯性矩下降约24％。为了不致 使主轴的刚度受太大的影响，孔径不宜超过外 径的70％。
金属切削机床
主轴材料与热处理方法
一般机床主轴：常用45钢，调质到220～250HBS， 主轴端部锥孔、定心轴颈或定心圆锥面等部位局部淬
硬至HRC50～55。
滚动轴承轴颈可不淬硬，但是不少主轴为了防止
敲碰损伤轴颈的配合表面，轴颈处仍然进行淬硬；
滑动轴承轴颈处需高频淬硬，保证耐磨性。 若为重负荷，为提高抗疲劳性能，可选40Cr
金属切削机床
精密机床主轴，要求在长期使用中因内应力引起
的变形要小，故应选用在热处理后残余应力小的材料,
如40Cr 或20Cr、16MnCr5、12CrNi2A等渗碳淬硬
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特点
金属切削机床
接触角大，钢球直径较小而数量较多，轴 承承载能力和精度较高。 极限转速比一般推力球轴承高出1.5倍，与 同孔径的双列圆柱滚子轴承 NN3000K （3182100）型轴承相同。 适用于高转速、较大轴向力、中等以上载 荷的主轴前支承处。
2013年3月5日
金属切削机床
深沟球轴承
一般不能调整间隙； 常用于精度和刚度要求不太大的地方，如 钻床主轴； 轴向载荷由配套的推力轴承承受。
SP级和UP级作为补充；
旋转精度，相当于P4级和P2级；
内外圈的尺寸精度，则相当于P5级和P4级 轴承的工作精度主要决定于旋转精度 “成套轴承的内圈径向跳动”Kia
(高)
(低)
“成套轴承的外圈径向跳动”Kea
“轴圈滚道对底面的变动量”Si
金属切削机床
表10-3
机床精度等级 普通精度级 精密级 高精度级 前 轴 承 P5 或 P4（SP） P4 （SP） P2 或 （UP） P2（UP） 后 轴 承 P5 或 P4（SP） P4（SP） P2（UP）
滚子轴承
(10-6)
(10-7)
金属切削机床
滚子轴承，刚度与载荷的0.1次幂成正比，载荷对
刚度的影响不大。因此，计算时可不考虑预紧。 球轴承，刚度与载荷的1/3次幂成正比，预紧力对 刚度的影响明显，计算时应考虑预紧力。
金属切削机床
第三节 主 轴
主轴的结构
主轴材料与热处理方法
主轴技术要求
金属切削机床
金属切削机床
金属切削机床 改善动态特性的措施
（1）使主轴组件的固有频率避开激振力的频率。
（2）主轴轴承，特别是前轴承的阻尼，对主轴组件
的抗振性影响很大。如果要求得到很光的加工表面，主
轴又是水平的，则可用滑动轴承。 （3）采用三支承 三支承主轴中，辅助支承的作用， 与其说是为了提高刚度，毋宁说是为了提高抗振性。 （4）采用消振装置 可以用加消振装置的办法来提高 抗振性。
金属切削机床
圆锥滚子轴承
能承受径向和轴向载荷，承载能力和刚度较高；
滚子大端与内圈挡边之间是滑动摩擦，发热较
多，允许的转速较低。
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金属切削机床
双列圆锥滚子轴承
轴承组成：外圈2、两个内圈1和 4、隔套3； 调整间隙或预紧：修磨隔套3的 厚度； 外圈轴肩，一端抵住箱体或主轴
套筒的端面，另一端用法兰压紧，
金属切削机床
转速
以dm∙n值（mm· r/min）作为衡量转速性能的指标的。 dm（mm）是内、外径平均值； n 是转速（r/min）
寿命
决定轴承寿命的是疲劳点蚀和磨损降低精度。
一般机床，由于主轴较粗，载荷相对来说不大，往
往以磨损后精度下降作为失效的依据的。 “精度寿命”
金属切削机床
刚度
球轴承
(10-4) (10-5)
热变形。
主轴轴承在最高转速空转、连续运转至热稳态时允许温升为：
高精度机床 精密机床和数控机床 810 ℃ 1520 ℃
普通机床
滚动轴承温度不得超过 滑动轴承温度不得超过
3040 ℃
70 ℃ 60 ℃
轴承间隙和预紧力的大小；润滑方式和散热条件
金属切削机床 5）耐磨性 长期保持原始精度的能力，即精度的保持性。 磨损后对精度有影响的部位首先是轴承。其次是安 装夹具、刀具或工件的定位面和锥孔, 还有如钻、镗 床的移动式主轴的内、外导向表面。
金属切削机床
第一节 主轴组件的基本要求
保证主轴在一定的载荷与转速下，能带动工件或
刀具精确而可靠地绕其旋转中心线旋转，并能在其额 定寿命期内稳定地保持这种性能 1）旋转精度
无载荷、手动或低速转动条件下，主轴前端安装
刀具或工件的基准面的径向跳动、端面跳动 取决于主轴、轴承、箱体孔的制造精度和装配、 调整精度。
金属切削机床 2）静刚度 主轴抵抗外力引起变形的能力
3）抗振性 抵抗受迫振动和自激振动而保持平稳地运转的能力 影响因素：主轴组件的静刚度；固有频率；阻尼特性。 刚度和阻尼比越大越不易产生振动。
金属切削机床 4）温升和热变形 主轴组件工作时，由于摩擦和搅油等而发热，产 生了温升。温升使主轴组件因热膨胀而变形，称为
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金属切削机床
双向推力角接触球轴承
234400（2268100）系列60°双向推 力角接触深沟球轴承； 特轻型234400与NN3000K；
（3182100）系列、超轻型234900与
NNU4900BK系列轴承配套使用，以承
受双向轴向载荷。