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静态刚度
• 主轴组件的静态刚度是指受外力作用时，主轴组件抵抗变形的能力，
又分为抗弯和扭转两种刚度。数控机床多采用抗弯刚度作为衡量主 轴组件刚度的指标。通常以主轴前端产生单位位移时，在位移方向
上所施加的作用力大小来表示。
主轴刚度K=F/Y(N/Km)
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抗振性
• 抗振性包括抵抗受迫振动的能力和抵抗自激振动的能力。 有时也把抵抗受迫振动的能力称为动刚度，此时，抗振性 仅指抵抗自激振动的能力。若主轴组件抗振性差，工作时 容易产生振动，不仅降低加工质量，而且限制了机床生产 率的提高，使刀具耐用度下降。 • 主要影响因素:部件的静态刚度、质量分布和阻尼，特别 是主轴前轴承的阻尼。设计时，要使主轴的固有频率远大 于工作时的激振频率，使之不易发生共振。
（2）摩擦力大，阻尼小； （3）径向尺寸大
二、主轴滚动轴承（续）
2、主轴滚动轴承的类型选择
（1）双列圆柱 滚子轴承 （2）双列推力 角接触球轴承
二、主轴滚动轴承（续）
2、主轴滚动轴承的类型选择
（3）角接 触球轴承
二、主轴滚动轴承（续）
2、主轴滚动轴承的类型选择
角接触 球轴承 组合
二、主轴滚动轴承（续）
五、主轴主要尺寸参数的确定（略）
主轴部件设计
• 基本要求
– 旋转精度和运动精度 – 刚度
– 抗振性
– 温升和热变形(热稳定性 ) – 精度保持性
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旋转精度和运动精度
• 旋转精度:指装配后的部件在无载或低速转动条件下，主轴前端工作部 位的径向跳动、端面跳动和轴向窜动的大小。主轴组件的旋转精度直 接影响机床的加工精度。 • 运动精度指主轴在工作状态下的旋转精度，这个精度通常和静止或低 速状态的旋转精度有较大差别，它表现在工作时主轴回转中心位置的 不断变化，即“主轴轴心漂移”现象。 • 旋转精度主要取决于主轴及其轴承的制造、装配、调整的精度；运动 状态下的旋转精度取决于主轴的工作速度、轴承性能和主轴部件的平 衡等因素。
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精度保持性
• 主轴系统必须有足够的耐磨性，以便能长期 保持精度。主轴上易磨损的地方是刀具或工
件的安装部位以及移动式主轴的工作部位。
为了提高耐磨性，主轴的上述部位应该淬硬， 或者经过氮化处理，以提高其硬度增加耐磨
性。主轴轴承也需有良好的润滑，提高其耐
磨性。
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主轴部件的传动方式
• Байду номын сангаас轮传动
– 特点是结构简单、紧凑，能传递较大的扭矩，能适应变转速、变 载荷工作，应用最广。它的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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本ppt文档包含以下内容:(本ppt借鉴了许多老师成果) 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d1、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
• 带传动
– 常用的有平带、三角带、多楔带和同步齿形带等。带传动的特点 是靠摩擦力传动（除同步齿形带外）、结构简单、制造容易、成 本低，特别适用于中心距较大的两轴间传动。皮带有弹性可吸振， 传动平稳，噪声小，适宜高速传动。带传动在过载中会打滑，能 起到过载保护作用。缺点是有滑动，不能用在速比要求准确的场 合。
• 电动机直接驱动方式
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电动机直接驱动方式
高速内圆磨床电主轴
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主轴部件结构设计
推 力 轴 承 位 置 配 置 型 式
a)前端配置b)中间配置c）后端配置d), e)两端配置
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推力轴承位置配置型式
• 前端配置 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，对提高主轴部件刚度有利。用于轴向精度和刚度要求较 高的高精度机床或数控机床。 后端配置 前支承处轴承较少，发热小，温升低；但是主轴受热后向前伸长，影 响轴向精度。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。 两端配置 当主轴受热伸长后，影响主轴轴承的轴向间隙。为避免松动，可用弹 簧消除间隙和补偿热膨胀。常用于短主轴，如组合机床主轴。 中间配置 可减少主轴的悬伸量，并使主轴的热膨胀向后；但前支承结构较复 杂，温升也可能较高。
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
二、主轴滚动轴承
1、轴承的特点 优点：（1）足够的刚度、高旋转精度、变转速和变载荷
下工作平稳；
（2）质量稳定、成本低、经济性好；
（3）容易润滑。
缺点：（1）旋转中径向刚度变化大；
双列圆锥滚子轴承 1,4一内圈；2一外圈；3一隔套
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滚动轴承配置
• 配置形式：速度型、高刚度型和刚度速度型
主轴支承的配置—速度型
(a)前、后支承均采用双联角接触球轴承，该配置适用于高速、高精度、 中等负载的数控车床。 (b) 采用三联或四联角接触球轴承，后支承用双联角接 触球轴承，适用于高速、高精度和较高负载要求的数控机床。
三、主轴
1、结构及材质选择
结构：空心阶梯轴 材料：淬火钢或渗碳淬火钢，高频淬硬。
2、技术要求(略)
三、主轴
2、技术要求
四、主轴组件
1、传动方式
（1）带 传 动：结构简单，中心距调整方便， 噪声低，平稳，适于高速。（V带、多楔带和 同步带）
（2）齿轮传动：传递大扭矩，结构紧凑，适合 于变速传动。 （3）电机直接驱动：异步电机+连轴器、变频 调速电机、电主轴等形式。
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主轴
• 主轴是主轴组件的重要组成部分。它的结构形状和尺寸、 制造精度、材料及其热处理，对主轴组件的工作性能都有 很大影响。 • 主轴的结构形状 :主轴通常是一个前粗后细的阶梯轴，即 轴径尺寸从前轴颈起，向后逐渐缩小。这样的结构，是为 了适应主轴各段承受的不同载荷，以满足刚度要求，同时 也为其上的多个零件提供足够的安装、定位及止推面，同 时也有利于加工和装配。
2、主轴滚动轴承的类型选择
（4）双 列圆锥 滚子轴 承
二、主轴滚动轴承（续）
3、轴承的精度选择
应采用P2、P4、P5级和SP、UP级
（1）切削力方向固定不变的主轴，旋转精度决定于轴 承内圈径向跳动。 （2）切削力方向随主轴旋转同步变化的主轴，旋转精 度决定于外圈径向跳动。 （3）前轴承的精度对主轴的影响较大，前轴承的精度 应比后轴承高一级。（理论证明略）
小于85%。
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主轴部件中的轴承
• 滚动轴承
• 液体动压轴承
• 液体静压轴承
• 空气静压轴承
• 磁浮轴承
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主轴的滚动轴承
• 角接触球轴承：既可以承受径向载荷，又可承受轴向载 荷。常用的接触角有两种：α=25°和α=15°。
角接触球轴承
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角接触球轴承
• 角接触球轴承多用于高速主轴。随接触角的不 同有所区别，α=25°的轴向刚度较高，但径向 刚度和允许的转速略低，应用较多；α=15°的 转速可更高些，但轴向刚度较低，常用于不承 受轴向载荷的主轴的后轴承。 • 角接触球轴承为点接触，刚度较低，为了提高 刚度和承载能力，一般采用多联组配的方式。
双列圆柱滚子轴承
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圆锥滚子轴承
修磨隔套3的厚度来调整间隙或预紧。 外圈有轴肩，一端抵住箱体或主轴套筒的 端面，另一端用法兰压紧，以实现轴向定 位。因此，箱体孔可做成通孔，便于加工。 既可以承受径向载荷，又可以承受双 向轴向载荷。由于滚子数量多，承载能力 和刚度都高，轴承制造精度较高，适用于 中低速、中等以上载荷的机床主轴的前支 承。但设计选用时，应考虑给予充分的润 滑和冷却条件．
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温升和热变形(热稳定性 )
• 温升过高会引起两方面的不良后果：一是主轴组件和箱体 因热膨胀而变形，主轴的回转中心线和机床其他件的相对 位置会发生变化，直接影响加工精度；其次是轴承等元件 会因温度过高而改变已调好的间隙和破坏正常润滑条件， 影响轴承的正常工作。严重时甚至会发生“抱轴”。 • 提高主轴组件热稳定性的主要措施是减少发热、加快散热、 隔离热源以及采用尽可能合理的结构设计，以使热变形能 得到补偿和对加工的影响最小。
二、主轴滚动轴承（续）
3、轴承的精度选择
应采用P2、P4、P5级和SP、UP级
（3）前轴承的精度对 主轴的影响较大，前轴 承的精度应比后轴承高 一级 a (1 )
1
a 2 b l
a 1 (1 ) a l
l
a
二、主轴滚动轴承（续）
4、轴承刚度
滚动轴承的刚度随载荷的增加而增大。 线接触轴承的刚度可忽略预紧载荷；点接触 轴承，计算刚度时应考虑预紧力。
四、主轴组件
2、传动件的布置
（1）带轮通常安装在后支承的外侧 （2）齿轮位于两支承之间则尽量使大齿轮靠近前 支承
（3）齿轮位于后支承外侧
（4）齿轮外增设辅助支承
四、主轴组件
3、主轴的轴向定位
（1）前端定位：适于轴 向精度和刚度高的高精度 机床合数控机床； （2）后端定位：适于轴 向精度不高的普通机床， 卧车、立铣等； （3）两端定位：用于短 主轴或轴向间隙变化不影 响工作的机床，如钻床、 组合机床等。
38CrMoAlA，并经氮化处理。
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主轴主要精度指标
• 前支承轴颈的同轴度约5 μm左右；轴承轴颈 需按轴承内孔“实际尺寸”配磨，且须保证
配合过盈1～5μm；锥孔与轴承轴颈的同轴度