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
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
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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。
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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℃。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。