机械装备制造-主轴组件
《机械制造装备设计》2版 习题思考题解答 第3章 主轴组件设计
第3章主轴组件设计3.1 主轴组件的基本要求是什么？它们对加工精度有何影响？答：1) 旋转精度: 瞬时旋转中心线相对于理想旋转中心线在空间位置上的偏差，，其范围就为主轴的旋转精度，主轴组件的旋转精度是指专机在空载低速转动时，在主轴前端定位面上的测得的径向圆跳动、端面圆跳动和轴向窜动值的大小。
2) 静刚度: 是指在外加载荷作用下抵抗变形的能力。
3) 抗振性: 是指机器工作时主轴组件抵抗振动、保持主轴平稳运转的能力。
4) 热变形: 是指机器工作时，因各相对运动处的摩擦和搅油等耗损而发热造成的温差，使主轴组件在形状和位置上产生的畸变。
5) 耐磨性: 是指长期地保持其原始制造精度的能力，即精度的保持性。
由于各类机械装备的工艺特点的不同，主轴组件所传递的转速、承受的工作载荷等工作条件各异，故对主轴组件的要求也各有侧重，决不能强求一律。
3.2 主轴的轴向定位有几种？各有什么特点，适用何种场合？答：主轴的轴向定位，主要由推力轴承来实现。
推力轴承的配置型式有三种：1) 前端定位推力轴承安排在前支承处。
主轴发热后向后伸长，轴前端的轴向精度较高，但前支承结构复杂（表序号1、2和5）。
2) 后端定位推力轴承安排在后支承处。
主轴受热后向前伸长，影响轴前端的轴向位置精度和刚度，但这种结构便于轴承间隙调整（表序号3）.3) 两端定位推力轴承分别安排在前后支承处。
支承结构简单，发热量小，但主轴受热，产生变形，会改变轴承间隙，影响主轴的旋转精度（表序号4、7和8）。
3.3 选择主轴材料的依据是什么？答：主轴材料的选择应根据耐磨性和热处理后变形的大小等来考虑。
因此，无需从强度、刚度角度来考虑主轴材料的选择。
3.4 为什么数控车床的前轴承常采用三联轴承组合，如何布置？为什么？答：如图所示。
数控车床主轴的前支承常采用三联轴承组合安装，即前两轴承为同向组合，接触线朝前（大口朝外），后轴承与之背靠背（反装），则支承点应在前面第一个轴承的接触线与轴线交点处，这样可以增加主轴的前支承支承宽度，缩短主轴前端悬伸量a。
数控机床结构-数控机床的主轴部件
数控机床结构-数控机床的主轴部件主轴部件主轴部件是数控机床的最关键部件，它对零件加工质量有着直接的影响。
主轴部件包括主轴的支承、安装在主轴上的传动零件等。
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特有的结构要求。
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、主轴准停装置和主轴孔的清理装置等结构。
1.主轴部件的运动方式主轴部件按运动方式可分为以下几类:（1）只做旋转运动的主轴组件这类主轴组件结构较为简单，如车床、铣床和磨床等主轴组件属于这一类（2）既有旋转运动又有轴向进给运动的主轴组件如钻床和镗床等的主轴组件。
其中主轴组件与轴承装在套筒内。
主轴在套筒内做旋转主运动，套筒在主轴箱的导向孔内做直线进给运动。
（3）既有旋转运动又有轴向调整移动的主轴组件属于这一类的主轴组件有滚齿机、部分立式铣床等的主轴组件。
主轴在套筒内做旋转运动，并可根据需要随主轴套筒一起做轴向调整移动。
主轴组件工作时，用其中的夹紧装置将主轴套筒夹紧在主轴箱内，提高主轴部件的刚度。
（4）既有旋转运动又有径向进给运动的主轴部件属于这一类的有卧式镗床的平旋盘主轴部件和组合机床的镗孔车端面头主轴部件。
主轴做旋转运动时，装在数控机床结构主轴前端平旋盘上的径向滑块可带动刀具做径向进给运动。
（5）主轴做旋转运动又做行星运动的主轴部件新式内圆磨床砂轮主轴部件的工作原理如图3.2所示，砂轮主轴l在支撑套2的偏心孔内做旋转主运动。
支承套2安装在套筒4内。
套筒4的轴线与工件被加工孔轴线重合，当套筒4由蜗杆6经蜗轮W传动，在箱体3中缓慢地旋转时，带动套筒及砂轮主轴做行星运动，即圆周进给运动。
通过传动支承套2来调整主轴与套筒4的偏心距e，实现横向进给。
2.主轴主轴是主轴部件中的关键零件。
它的结构尺寸和形状、制造精度、材料及热处理等对主轴部件的工作性能有很大的影响。
主轴结构随主轴系统设计要求的不同而有多种形式。
机械制造装备设计第3章习题答案
《机械制造装备设计》第4版第三章习题参考答案3-1 为什么对机床主轴要提出旋转精度、刚度、抗振性、温升及耐磨性要求？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，形成表面成形运动；承受切削力和传动力等载荷。
主轴组件直接参与切削，其性能影响加工精度和生产率。
末端传动组件（包括轴承）要有较高的制造精度、支承刚度，必要时采用校正机构，这样可缩小前面传动件的传动误差，且末端组件不产生或少产生传动误差。
旋转精度是主轴组件装配后，静止或低速空载状态下，刀具或工件安装基面上的全跳动值。
它取决于主轴、主轴的支承轴承、箱体孔等的制造精度，装配和调整精度。
动态刚度包括抗振性、热变形、噪声。
耐磨性是精度保持性的体现。
故机床主轴要提出旋转精度、刚度、抗振性、温升及耐磨性要求。
3-2 主轴部件采用的滚动轴承有那些类型，其特点和选用原则是什么？双列圆柱滚子轴承、双向推力角接触球轴承、角接触球轴承、双列圆锥滚子轴承。
双列圆柱滚子轴承，滚子直径小，数量多(50~60个)，具有较高的刚度；两列滚子交错:1，轴向布置，减少了刚度的变化量；外圈无挡边，加工方便；主轴内孔为锥孔，锥度12移动内圈使之径向变形，调整径向间隙和预紧；黄铜实体保持架，利于轴承散热。
NN3000K 超轻系列轴承。
轴承型号为234400，接触角60ο，滚动体直径小，极限转速高；外圈和箱体孔为间隙配合，安装方便，且不承受径向载荷；与双列圆柱滚子轴承配套使用。
角接触球轴承常用的型号有7000C系列和7000AC系列，前者接触角为15ο，后者为25ο。
7000C系列多用于极限转速高，轴向负载小的机床，如内圆磨床主轴等；7000AC系列多用于极限转速高于双列滚子轴承，轴向载荷较大的机床，如车床主轴和加工中心主轴。
为提高支承刚度，可采用两个角接触球轴承组合安装。
圆锥滚子轴承，与圆锥齿轮相似，内圈滚道锥面、外圈滚道锥面及圆锥滚子轴线形成的锥面相交于一点，以保证圆锥滚子的纯滚动。
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。
主轴部件结构图
周
向
弹 簧 错 齿 调 整 法
圆 柱 薄 片 齿 轮
简
图
可
调
拉 簧 错 齿 调 整 法
圆 柱 薄 片 齿 轮
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
TD
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
直线感应同步器安装总图
直线感应同步器 外形、安装尺寸和安装要求
CK
主 轴 78 部 15 件型 结
主
轴 32
部0
件 结 构 图
型 数 控 铣
床
THK6380加工中心主轴部件结构图
主 轴 准 停 装 置 原 理 图
进给传动部件结构图
坐标轴进给传动系统 结构布置形式
电动机与丝杠直联式
步进电动机与丝杠的联接
轴 向 垫 片 调 整 法
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
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。
机械主轴_精品文档
机械主轴引言机械主轴是机械系统中的重要组件，用于传递动力和扭矩，使机械设备能够正常运行。
机械主轴通常由轴承支撑，承载着工作负载，经受着高速旋转和持续工作的考验。
本文将对机械主轴的结构、工作原理、选型和维护等方面进行详细阐述。
一、机械主轴的结构机械主轴通常由轴心、轴承、弹簧、传动部件等构成。
轴心是机械主轴的核心部分，它负责传递动力和扭矩。
轴心的材料选择通常考虑到强度、刚度和耐磨性等因素。
常见的轴心材料有铸造钢、合金钢和不锈钢等。
轴承是支撑机械主轴旋转的重要组件，它们分为滚动轴承和滑动轴承两种类型。
滚动轴承包括球轴承、滚子轴承和圆锥滚子轴承等，它们能够承受较高的轴向和径向负载。
滑动轴承包括滑动球轴承和滑动滚子轴承等，它们具有较好的自润滑性能，在低速和高温环境下工作效果良好。
弹簧在机械主轴中起到减震和减少振动的作用。
它们的选择要考虑到工作负载、工作条件和寿命等因素。
传动部件用于将动力从驱动装置传递到机械主轴。
常见的传动方式有直线传动、带传动和链传动等。
二、机械主轴的工作原理机械主轴的工作原理其实很简单，它通过驱动装置产生动力并传递给主轴上的传动部件，然后通过轴心将动力传递给工作装置。
在工作过程中，轴承起到支撑和导向的作用，确保主轴稳定旋转。
在高速旋转的情况下，机械主轴会产生一定的离心力和惯性力。
因此，在设计机械主轴时，需要考虑轴心和轴承的强度和刚度，以满足工作过程中的要求。
三、机械主轴的选型在选择合适的机械主轴时，需要考虑以下几个因素：1. 工作负载：根据工作负载的大小和性质选择合适的轴承类型和尺寸，确保轴承能够承受工作负载。
2. 轴承类型：根据工作条件和要求选择适合的轴承类型，滚动轴承适用于高速和高负载工况，滑动轴承适用于低速和高温环境。
3. 轴心材料：选择合适的轴心材料，考虑到强度、刚度和耐磨性等因素，确保轴心能够满足工作要求。
4. 弹簧选择：根据工作条件和要求选择适当的弹簧材料和类型，以减少振动和冲击。
第八章 主轴部件
1.圆锥孔双列圆柱滚子轴承
这种轴承具有径向尺寸较小、 制造精度较高、承载能力较大、 静刚度好以及允许的转速高等优 点，并能够调整轴承的径向间隙， 因此在机床主轴组件上得到广泛应用。
2 .60°接触角双向推力向心球轴承
12
这种轴承的优点是制造精度高，
允许转速高，温升较低，抗振性高 于推力球轴承8000型，装配调整简
13
主轴滚动轴承可按下列原则选择： ●中等转速，较大载荷，要求刚度较高时，可用线接
触的轴承； ●双列向心短圆柱滚子轴承允许的转速更高一些，使 用时最好配以60度角接触双向推动向心球轴承； ● 高速时可用向心推力球轴承，载荷加大时，可用两 个以上的轴承以轴向力为主。要求精度不太高的主轴 ，可用单列向心球轴承，配推力轴承。
36
2）活动多油楔轴承 瓦4各由一个球头螺钉所支承。
37
这种轴承是由三个或五个瓦块所组成。如图示三瓦式活动多油楔轴承，三个短
优点：结构简单、制造和维修方便，轴瓦与箱体孔不接触，故对箱体孔加 工无特殊要求。 缺点：轴瓦仅靠螺钉的球形头支承，虽然要求其接触面不少于80％（配对 研磨），但接触刚度仍比油膜刚度低得多，故使轴承的综合刚度下降。 这种轴承广泛应用于各种外圆磨床和卧轴平面磨床上。
第八章
主轴部件
பைடு நூலகம்
2
8-1、对主轴部件的基本要求 8-2、主轴轴承的选择和主轴的滚动轴承 8-3、主轴 8-4、主轴部件 8-5、提高主轴组件性能的一些措施 8-6、主轴的滑动轴承 8-7、主轴部件的计算
8-8、主轴轴承的润滑和密封
第一节 对轴组件的基本要求
一、旋转精度
机床在空载低速时，主轴前端安装刀具，夹具部位的径向跳动、 端面跳动和轴向窜动。 主轴的旋转轴线产生的跳动如图
主轴部件的名词解释
主轴部件的名词解释主轴部件是指机械设备中主轴所组成的结构和部件。
主轴是机械设备中运动传动的核心部件，负责传递动力和转速，承载工作负荷，并支持旋转的工作件。
在此篇文章中，我们将对主轴部件的一些常用名词进行解释，并介绍它们在机械领域中的作用和重要性。
1. 主轴主轴是主轴部件的核心，它是机械设备中旋转运动传递的主要部分。
主轴通常由金属材料制成，并经过加工和精密磨削以保证其几何精度和机械性能。
主轴上通过扭矩传递装置，如带齿轮、链条或皮带，将动力传递给工作件。
2. 轴承轴承是承载主轴和机械设备运动部分载荷和转矩的重要部件。
它们常用于减小运动部件的摩擦和磨损，并使这些部件能在各种工况下顺畅运转。
轴承的种类有很多，常见的包括滚动轴承和滑动轴承。
滚动轴承根据结构不同又可分为球轴承、滚子轴承、圆柱轴承等。
轴承的选用要根据主轴的转速、载荷和工作环境等因素来决定。
3. 联轴器联轴器是一种连接主轴和工作部件的装置，用于传递动力和转矩。
它允许主轴和工作部件在一定范围内产生轻微的相对位移和角度偏差，以避免因机械设备运动不平衡而引起的损坏。
联轴器有多种类型，包括齿式联轴器、弹性联轴器和万向节联轴器等。
每种类型的联轴器都有其适用的特定工况和性能要求。
4. 刀具刀具是用于切削和加工工件的工具，常见的刀具主要有钻头、铣刀、刀片等。
刀具通常由高硬度的金属或合金制成，通过与工件的接触和运动，实现对工件的切削、铣削、打孔等操作。
刀具的选择要考虑工件材料、形状和切削参数等因素，以确保高效、精确的加工过程。
5. 线性导轨线性导轨是一种用于机械设备中线性运动的部件，它可使主轴和工作部件在水平或垂直方向上产生直线运动。
线性导轨通常由轨道和导向系统组成，通过滚动轴承或滑动轴承，使主轴和工作部件具备高精度、低摩擦和高刚性的运动能力。
线性导轨广泛应用于数控机床、自动化生产线等领域。
6. 冷却系统冷却系统是一种用于降低主轴和工作部件温度的装置。
在机械加工过程中，主轴和刀具产生大量摩擦和热量，如果不及时散热会导致设备的损坏和工件加工质量的下降。
机械制造装备设计(第2章 金属切削机床设计5-6 主轴&支承)
2.5.3 主轴部件结构设计
（二）推力轴承的位置配置型式 （2）后端配置 两个方向的推力轴承都布置在后支承处。 这类配置方案前支承处轴承较少，发热小，
温升低；但主轴受热后向前伸长，影响轴向精度。 这种配置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。
2.5.3 主轴部件结构设计
（二）推力轴承的位置配置型式 （3）两端配置 两个方向的推力轴承分别布置在前后两个支承
2.5.3 主轴部件结构设计
（三）主轴传动件位置的合理布置
合理布置传动件在主轴上的轴 向位置，可以改善主轴的受力情况 ，减少主轴变形，提高主轴的抗振 性。
主轴上传动件轴向布置时，应 尽量靠近前支承，有多个传动件时 ，其中最大传动件应靠近前支承。
2.5.3 主轴部件结构设计
（四）主轴主要结构参数的确定 主轴前、后轴径直径D1和D2，主轴内孔直径d，主轴前端悬 伸量a和主轴主要支承间的跨距L，这些参数将直接影响主 轴旋转精度和主轴刚度。
2.5.3 主轴部件结构设计 （一）主轴部件的支承数目 也可以前、中支承为主要支承，后支承为辅助支承。
角接触 球轴承 背对背
安装
2.配置型式
（1）前端配置 两个方向的推力轴承都布置在前支承处。 这类配置方案在前支承处轴承较多，发热大， 温升高；但主轴受热后向后伸长，不影响轴向精度 ，精度高，对提高主轴部件刚度有利。 这种配置用于轴向精度和刚度要求较高的高精 度机床或数控机床。
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。 刚度不足，影响机床的加工精 度、传动质量及工作的平稳性。
2.5.1 主轴部件应满足的基本要求
（3）抗振性：指抵抗受迫振动和自激振动的能力。 主轴振动有两种类型：
数控机床主轴部件结构
数控机床主轴部件结构1.主轴箱体：主轴箱体是主轴部件的主要支撑部分，通常由铸铁或钢板焊接而成。
其主要功能是支撑主轴轴承和主轴电机，并提供刚性和稳定的工作环境。
主轴箱体通常有进给箱和冷却箱两个部分，进给箱用于传送动力和转矩到主轴，而冷却箱则用于散热和冷却主轴。
2.主轴轴承：主轴轴承用于支撑和定位主轴，使其能够高速旋转并承受工作负载。
根据不同的需求，主轴轴承可以分为滚动轴承和滑动轴承两种类型。
滚动轴承主要有角接触球轴承、圆锥滚子轴承和球面滚子轴承等；滑动轴承则有液体静压轴承和磁浮轴承等。
主轴轴承通常由高速钢或陶瓷制成，以提供低摩擦和高刚度的特性。
3.主轴电机：主轴电机用于提供主轴的驱动力和转矩。
根据不同的需求和机床类型，主轴电机可以采用交流电机、直流电机或伺服电机等。
交流电机通常具有较好的响应性和调速性能，而直流电机则提供更高的转矩和速度范围。
伺服电机则结合了交流电机和伺服控制系统，可实现更精确的位置和速度控制。
4.主轴夹头：主轴夹头用于夹持工件或刀具，使其与主轴保持刚性连接。
主轴夹头通常有机械夹头和液压夹头两种类型。
机械夹头通过螺纹、卡盘或夹具等机械结构实现夹紧，适用于一般的加工需求。
液压夹头则通过液压系统提供更高的夹紧力和精确的夹紧位置，适用于高精度加工和重负载切削。
除了以上主要部件，数控机床主轴还可能包括冷却系统、振动补偿系统、联轴器等。
冷却系统用于降低主轴温度，保证加工质量和主轴寿命；振动补偿系统用于抑制主轴振动，提高加工质量和效率；联轴器用于连接主轴电机和主轴轴承，传递动力和转矩。
总之，数控机床主轴部件结构的设计旨在实现稳定高速、高精度的加工要求。
不同的机床和加工需求可能会有不同的主轴结构和配置，但其核心目标都是提供高效的驱动力和承载能力，以满足工业生产的要求。
主轴部件应满足哪些基本要求
主轴部件应满足哪些基本要求随着现代制造业的快速发展，主轴部件作为关键装备已经成为各种工业生产的重要组成部分。
主轴部件是机床工作时负责转动和传递力量的部件，其质量和性能直接影响着机床加工质量和效率。
因此，主轴部件应满足一系列基本要求，以保证其工作稳定、精度和寿命等方面的高要求。
一、刚性与稳定性要求主轴部件应有足够的刚性，以能够承受工作负载。
因为在机床的切削过程中，主轴所受扭矩和力矩较大，如果主轴刚性不足，就可能发生弯曲变形，导致工件精度下降，不良磨损和其他失效。
此外，主轴部件的稳定性也非常重要，应具备耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性等特点，以确保机床运行过程稳定、精度高。
二、精度和表面光滑度要求机床可加工精度和表面光滑度的高低，与主轴部件的主要精度参数、轴承布局和装配精度密切相关。
因此，主轴的低振动、高旋转精度和表面光滑度是主要的要求之一。
通常，主轴部件应具备高精度加工、高精度配合、高刚度轴承和滚动的方向性等特点，以保证机床加工的高精度和高效率。
三、承载能力和寿命要求主轴的承载能力和寿命，在机床运行过程中占有重要地位。
主轴部件的寿命取决于其工作负荷、速度、温度变化和频率等因素，因此，在机床分析和维护中需要根据主轴部件的质量，来准确预测主轴部件的使用寿命。
同时，主轴的承载能力和寿命也直接影响着机床的加工效率和质量。
四、动平衡和噪音要求高速运转的主轴部件容易产生动平衡问题，会导致机床加工质量不佳，严重时还可能导致机床损坏。
因此，在主轴的设计、制造和维护中必须进行动平衡校验保证。
同样，高速运转也会导致噪音污染，因此主轴部件也需要保持低噪音水平。
总之，主轴部件是机床加工的关键技术和核心设备，其质量和性能直接影响机床加工效率和质量。
因此，主轴部件应具备高刚性、高精度、高承载能力、高稳定性、低噪音、表面光滑等特点。
只有满足这些基本要求，才能保证机床加工过程有效、稳定、高效，并且确保加工品质和工艺水平高。
说明JCS-018型主轴部件的结构组成、功能及特点。
说明JCS-018型主轴部件的结构组成、功能及特点。
JCS-018型主轴部件是一种机械设备的重要组成部分，它通常用于驱动和支撑机械设备的转动操作。
其结构组成、功能及特点如下：
1. 结构组成：
JCS-018型主轴部件由主轴轴承、主轴箱、主轴齿轮和主轴电机等组成。
其中，主轴轴承用于支撑主轴的旋转，主轴箱则是主轴部件的外壳，承载主轴的所有组成部分。
主轴齿轮用于从主轴电机传递动力给主轴，通过齿轮传动实现主轴的转动。
2. 功能：
主轴部件的主要功能是提供转动力和转动支撑给机械设备。
主轴轴承支撑主轴的旋转，主轴齿轮从主轴电机接收动力，再通过齿轮传动将动力传递给主轴，使主轴能够旋转，从而驱动机械设备的转动。
3. 特点：
- 高强度：JCS-018型主轴部件采用优质材料制造，具有较高的强度和耐磨性，能够承受较大的转动力和重载。
- 高精度：主轴部件的制造工艺和加工精度要求较高，能够保证主轴的转动平衡和精度，提供稳定可靠的转动操作。
- 节能高效：主轴部件采用现代化的传动技术，可实现高效的能源转换和传递，提高机械设备的工作效率，降低能源消耗。
- 调整灵活：JCS-018型主轴部件通常配备调整装置，可以进行轴向和径向的调整，以适应不同的工作需求和工作环境。
- 维护方便：主轴部件采用模块化设计，方便维护和更换损坏部件，减少维护成本和停机时间。
机械制造装备设计复习
CH2智能制造1）CPS（cyber physical systems ）定义：信息物理系统(cyber physical systems,简称CPS)作为计算进程和物理进程的统一体，是集成计算、通信与控制于一体的下一代智能系统。
信息物理系统通过人机交互接口实现和物理进程的交互，使用网络化空间以远程的、可靠的、实时的、安全的、协作的方式操控一个物理实体。
信息物理系统包含了将来无处不在的环境感知、嵌入式计算、网络通信和网络控制等系统工程，使物理系统具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治功能。
2）智能制造定义：基于CPS技术，构建‘状态感知-实时分析-自主决策-精准执行-学习提升’的数据闭环，以软件形成的数据自动流动来消除复杂系统的不确定性，在给定的时间、目标场景下，优化配置资源的一种制造范式。
（赵敏）该定义所涉及的各项基本要素是：智能机理：状态感知-实时分析-自主决策-精准执行-学习提升；操作对象：数据（信息与知识的载体）；使能：软件中的算法与规则（数字化知识）；本质：数据自动流动，并因自动流动而形成知识泛在；目的：消除复杂系统的不确定性；约束：给定时空场景；价值：优化配置制造资源。
3）AGV：是自动导引运输车（Automated Guided Vehicle）的英文缩写。
是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，AGV属于轮式移动机器人（WMR――Wheeled Mobile Robot）的范畴。
AGV一般以电池为动力。
AGV装有非接触导航（导引）装置，可实现无人驾驶的运输作业。
它的主要功能表现为能在计算机监控下，按路径规划和作业要求，精确地行走并停靠到指定地点，完成一系列作业功能。
自动化立体库（AGV）、自动上下料等智能装备的应用，以及设备的M2M 智能化改造，实现物与物、人与物之间的互联互通与信息握手。
4）机器人：典型的六自由度关节型机器人主要由机器人本体及控制系统两大部分组成。
数控车床主轴组件设计
数控车床主轴组件设计数控车床主轴组件是数控机床中最基本、最重要的部件之一。
其主要作用是将旋转电机的动力转化为刀具的相对运动。
主轴组件的设计质量直接影响到机床的加工精度、切削效率和使用寿命。
因此，在数控车床的设计中，主轴组件的设计显得尤为重要。
本文将从设计要求、主要结构、材料选用、加工工艺等方面详细阐述数控车床主轴组件的设计。
一、设计要求在数控车床主轴组件设计过程中，需要考虑以下一些因素：1. 总体尺寸：根据数控车床的使用场景，确定主轴组件的长度、直径等尺寸，并保证其能够安装到机床上并协调运动。
2. 刚性要求：数控车床需要进行高精度的加工，因此主轴组件的刚性需要足够高，能够承受切削力和切削热等负载，保证刀具的精度和寿命。
3. 精度要求：主轴组件的精度取决于各个部件的加工质量和装配精度。
不同的加工要求对主轴组件精度的要求不尽相同，因此在设计过程中需要根据实际需求设定相应的精度标准。
4. 特殊要求：根据数控车床的特殊加工要求，主轴组件可能还需要具备高温抗性、低噪音、低振动、耐腐蚀等特殊性能，因此需要针对实际需求进行定制化设计。
二、主要结构数控车床主轴组件主要由主轴箱、主轴、轴承、传动装置、调速装置和夹具等组成。
1. 主轴箱：主要承载整个主轴组件，并连接到车床上。
主轴箱需要具备足够的刚性和稳定性，防止在高速运转时产生振动和因热膨胀引起的变形。
2. 主轴：作为主轴组件的核心部件，需要具备高强度、高精度和高刚性。
通常采用高强度钢材或工程塑料材料制造，以确保其能承受高速运转和不同方向向心力的作用。
3. 轴承：轴承承受主轴的径向和轴向力，并保证主轴组件的转动平稳和精度稳定。
常用的轴承有滚动轴承和滑动轴承两种，选择时需要根据应用场景和对精度的要求进行综合考虑。
4. 传动装置：传动装置将电动机的旋转动力传递到主轴上，通常采用皮带传动、齿轮传动和磁力传动三种方式。
5. 调速装置：调速装置是保证数控车床能够满足不同加工需要的关键部分。
主轴组件图库
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。
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典型高速结构
MNC 300
SKF 1
SS 125
NDM-40
76_300
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• MNC 300 该高速CNC车床主轴前后轴承都采用两 联角接触球轴承，具有较高的转速。
速度刚度结构
FNR 140 FNC 200 H2_077 SAG 101 BTA_B
HF2
SDNC 560
TNC 131
TS_15
返回
• FNR 140 返回
• FNC 200 返回
• H2_077
返回
• SAG 101
返回
• BTA_B返回• Fra bibliotekF2返回
• SDNC 560 返回
• TNC 131
主轴组件图库
高刚度结构 高速结构 速度刚度结构 主轴组件典型实例
高刚度结构
• 前支承用双列圆柱滚子轴承承受径向载 荷和60°角接触双列向心推力球轴承承 受轴向载荷，后支承采用双列短圆柱滚 子轴承。
这种轴承配置的主轴部件，适用于
中等转速和切削负载较大，要求刚度高 的机床。如数控车床主轴、镗削主轴单 元等。
返回
• TS_15
返回
机床主轴实例
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该图为具有一级转速的变速箱展开
图。最下面的轴是电动机轴或运动输入 轴，最上面的轴是机床主轴，主轴的位 置主要由车床的中心高确定。
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该图是采用圆锥滚子轴承的主轴部件，结 构比采用双列短援助滚子轴承简化，承载能力 和刚度比角接触球轴承高。但是因为圆锥滚子 轴承发热大、温升高，允许的极限转速要低些。 适用于载荷较大、转速不太高的普通精度的机 床主轴。
数控铣床主轴部件介绍分享
数控铣床主轴部件介绍共享
主轴部件是数控铣床上的紧要部件之一，它带动刀具旋转完成切削，其精度、抗振性和热变形对加工质量有直接的影响。
下面昆山渡扬数控和您共享。
一、主轴
数控铣床的主轴为一中空轴，其前端为锥孔，与刀柄相配，在其内部和后端安装有刀具自动夹紧机构，用于刀具装夹。
主轴在结构上要保证好良好冷却润滑，尤其是在高转速场合，通常采用循环式润滑系统。
对于电主轴而言，往往设有温控系统，且主轴外表面有槽结构，以确保散热冷却。
二、刀具自动夹紧机构
在数控铣床上多采用气压或液压装夹刀具，常见的刀具自动夹紧机构紧要由拉杆、拉杆端部的夹头、蝶形弹簧、活塞、气缸等构成。
夹紧状态时，蝶形弹簧通过拉杆及夹头，拉住刀柄的尾部，使刀具锥柄和主轴锥孔紧密搭配；松刀时，通过气缸活塞推动拉杆，压缩蝶形弹簧，使夹头松开，夹头与刀柄上的拉钉脱离，即可拔出刀具，进行新、旧刀具的交换，新刀装入后，气缸活塞后移，新刀具又被蝶形弹簧拉紧。
需注意的是，不同的机床，其刀具自动夹紧机构结构不同，与之适应的刀柄及拉钉规格亦不同。
三、端面键
带动铣刀旋转，传递运动和动力。
四、自动切屑清除装置
自动清除主轴孔内的灰尘和切屑是换刀过程中的一个不容忽视的问题。
假如主轴锥孔中落入了切屑、灰尘或其它污物，在拉紧刀杆时，锥孔表面和刀杆的锥柄就会被划伤，甚至会使刀杆发生偏斜，破坏刀杆的正确定位，影响零件的加工精度，
甚至会使零件超差报废。
为了保持主轴锥孔的清洁，常采用的方法是使用压缩空气经主轴内部通道吹屑，清除主轴孔内不洁。
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静压轴承 可以很高
好
刚度
一般
高
高
承载能力
一般高Biblioteka 可以很高抗振性不好
好
很好
速度性能
低中速时好 中高速时好 适应变速范围大 适应变速范围小
适应各种速度
滚动轴承
动压轴承
静压轴承
摩擦损耗
较小
较小
很小
噪声 结构尺寸 寿命
较大
无
无，有泵声
轴向小径向大 轴向大径向小 轴向大径向小 推力轴承相反 推力轴承相反 推力轴承相反
主轴组件 Spindle assembly
概述 第一节 主轴组件的基本要求 第二节 主轴组件的典型结构 第三节 主轴滚动轴承及其配置型式 第四节 主轴滑动轴承 第五节 轴承的润滑与密封 第六节 主 轴 第七节 主轴组件的设计计算 第八节 提高主轴组件性能的一些措施
❖ 大多数机床都具有主轴组件
❖除刨床、拉床
• 主轴两端载荷都较大，故前后支承都配置 两个同向角接触球轴承
• 若载荷较小时，两端支承各装一个轴承
• 由于磨削时轴向载荷为左右对称而且又不 大，故轴承采用背靠背组配也是对称方式， 其接触角=15°
• 该主轴最高转速为16000r／min
• 属于高精度、高速型主轴组件，故选用P2 级精度轴承，采用定压预紧方式，预紧力 靠螺旋弹簧保证。
• 静态、动态和热态特性直接影响加工质 量
• 转速影响机床的切削生产率 • 机床的一个重要部件
• 主轴和传动轴的共同点—— 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。
• 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
主轴组件共同点
• 如主轴因运转发热而伸长，其伸长量远小 于弹簧的预压量，能自动消除间隙并使预 紧力基本保持不变。
• 通过修磨内外圈之间的隔套3和4，可以使 两个轴承均匀受力。
第三节 主轴滚动轴承及其配置型 式
常用轴承
• 滚动轴承 • 滑动轴承
滚动轴承 旋转精度 一般或较好 精度保持性 高速时差
动压轴承
单：一般 多：较高
并能在其额定寿命期内稳定地保持这 种性能。
旋转精度
• 指机床在装配后，在无载荷、手动或低速转动的条 件下，主轴前端安装刀具或工件的基准面上所测得 的径向跳动、端面跳动和轴向窜动值。
纯径向移动 纯轴向窜动 纯角度摆动 纯径向移动＋纯角度 摆动＝径向误差 纯角度摆动＋纯角度 摆动＝端面误差
• 我国已有通用机床统一的精度检验标准 • 主轴组件工作质量的最基本的指标 • 是机床的一项主要精度指标
二、钻床类主轴组 件
• 主轴1的旋转主运动由其尾 部的花键传入，主轴由轴 承3和8支承在套筒5内旋转；
• 转动齿轮6，使套筒(右侧 面为齿条)连同主轴作轴向 进给运动
• 该主轴的轴向力较大，径向载荷较小，如 轴向切削力 (向上)用推力球轴承4承担， 主轴的重量由推力球轴承7来支承，用螺母 9消除轴承4和7的间隙。
受限制
较长
无限
制造难易
专门生产
自制
自制
使用与维修 脂润滑 简单 调整麻烦
调整麻烦
成本
低
较低
高
滚动轴承优点
• 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，甚至在预紧的条件下工作； • 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。
滚动轴承缺点
• CA6140型车床主轴组件改进后的结构
• 前支承3为NN3000／P4型双列圆柱滚子轴承
• 调整锁紧螺母5来实现预紧，有利于提高主轴前 支承的刚度和旋转精度。
• 后支承外端采用7202／P5型角接触球轴承8，大 口朝外(=25°)，以承受径向力和由后向前(自 左向右)方向的轴向力；
• 内侧为53202／P5型推力球轴承7，能承受由前向 后(自右向左)方向较大的轴向力，调整锁紧螺母 10，推动内隔套‘9，可以预紧轴承8和7。
XHK5140型自动换刀数 控镗铣床主轴组件
• 前支承2(NN3000K／P4型)和双 向推力角接触球轴承3(234400 型)组配，为提高前支承的旋 转精度和刚度，可以修磨前端 的调整半环1和轴承3中的隔套 4，转动锁紧螺母7可以消除轴 承2和3的间隙或预紧。
• 后支承11为二个6000C／P4型深沟球轴承(=15°) 背靠背组配，通过修磨内隔套12，调整螺母13进 行预紧。
• 该轴承的外圈可以分离，主轴因热胀伸长时连 带轴承内圈和滚子在外圈内滚道上轴向自由移 动，有利于保证加工精度。
• 后轴承直径比前轴承小，预紧量也小， 其温升不会超过前轴承。
• 如果后支承载荷较小时，可以用二个角 接触球轴承(= 15 °)背靠背组配，如 TND360型数控车床主轴组件。
2．双列圆柱滚子轴承主轴组件
旋转精度
• 影响被加工零件的几何精度和表面粗糙度 • 取决于部件中各主要件如主轴、轴承等的
制造精度和装配、调整精度。 • 运动精度：当主轴以工作速度旋转时，主
轴回转轴线的漂移 • 运动精度还取决于主轴的转速、轴承的设
计和性能以及主轴组件的动态特性。
二、静刚度
• 主轴组件静刚度——主轴刚度。 • 指主轴抵抗外力引起变形的能力。 • 在主轴工作前端施加一个作用力下时，F
与主轴在F作用方向上所产生的变形Y之 比，即（单位为 N/μm）
K= F／Y
扭转刚度
• 在主轴工作端的静扭矩T的作用下，主轴 工作端产生扭转角θ
• L为扭矩T的作用距离，扭转刚度 Kt= TL/θ N·m2／rad
• 一般保证了主轴刚度的主轴，则扭转刚度 基本上也能保证。
• 对承受扭矩为主的主轴（如立钻），则对 扭转刚度应给予足够的重视。
对特别精密的机床则不得超过室温10 °C
• 影响主轴组件温升、热变形的主要因素： 轴承的类型和布置方式； 轴承间隙和预紧力的大小； 润滑方式和散热条件等。
五、耐磨性
• 耐磨性——是指其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
• 热变形造成主轴弯曲，使传动齿轮和轴承的工作 状态恶化；
• 热变形还会改变已调好的轴承间隙和使主轴与轴 承，轴承与支承孔之间的配合发生变化，影响轴 承的正常工作，加速磨损，严重时甚至发生轴承 抱轴现象。
• 轴承的温升与转速有关 • 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 810 °C 精密机床和数控机床 1520 °C 普通机床 3040 °C 滚动轴承温度不得超过70 °C 滑动轴承温度不得超过60 °C
• 主轴前端内锥孔锥度为7:24，用作锥柄刀具或刀 杆的定位，主轴端面有二个对称的端面键23，用 于传递刀具的较大的转矩。
• 这类主轴组件的刚度较高、中等转速(dm ≤500000～600000)、精度较高。
• 适用于车、铣、镗床、磨床和加工中心等类机床
3．圆锥滚子轴承主轴组件
• 三支承主轴组件
• 以前中支承为主，采用圆锥滚子轴承背靠 背组配，用碟形弹簧5来控制预紧力，并补 偿因主轴热伸长而使轴承预紧力的变化。
应该是可调的
一、主轴常用的滚动轴承
1.常用的滚动轴承:
• 圆锥滚子轴承、 • 角接触球轴承、 • 推力球轴承， • 圆柱滚子轴承、 • 深沟球轴承 • 滚针轴承等
2.其它几种主轴滚动轴承
角接触球轴承
• Angular contact ball bearing • 可承受径向载荷，也可承受轴向载荷 • 接触角α°=15，编号为7000C（36100） • 接触角α°=25，编号为7000AC（46100）
和锥孔, 还有如钻、镗床的移动式主轴 的内、外导向表面等。
• 为了提高耐磨性，要正确地选择主轴和 滑动轴承的材料及其热处理方法。
• 一般机床上的上述部位都必须经过热处 理，使之具有一定的硬度。
• 要合理调整轴承间隙，保证良好的润滑 和可靠的密封。
– 第二节 主轴组件的典型结构``
轴承类型
• 滚动轴承主轴组件 • 滑动轴承主轴组件
影响刚度的主要因素
主轴的结构尺寸 轴承的类型、配置及预紧 传动件的布置方式 主轴组件的制造与装配质量等
三、主轴组件的振动
• 抗振性：指其抵抗受迫振动和自激振动 而保持平稳地运转的能力。
• 抗振性差： 工作时容易发生振动 影响工件的表面质量，限制机床生产率 降低刀具的耐用度和主轴轴承的寿命 发出噪声影响工作环境等
• 径向载荷由深沟球轴承3支承，其游隙不需 调整，就可以满足主轴的旋转精度要求；
• 为使主轴套筒径向尺寸较为紧凑，上下支 承均采用特轻型的轴承。
三、磨床类主轴组件
• 内圆磨头 • 这种主轴组件是一个独立的单元，由专门工厂
制造
• 主轴的转动由电动机(P＝1．3kW)经平带输 入主轴左端平带轮，主轴的右端装砂轮杆
一、车、镗、铣、加 工中心类机床主轴组 件
1．角接触球轴承主轴组件
主轴最高转速为5000r／min
主轴前支承内三个角接触球轴承(P4级精度)为背 靠背组配 前面两个同向大口朝外（=25°）,第三个大口 朝里(=15°)，同时能承受径向载荷和两个方向 的轴向载荷。
• 转动调整螺母4，推动内隔套3和内圈(修 磨量出厂时已配好)，可以预紧前轴承， 用锁紧螺母5及柱销防止调整螺母4回松， 不影响主轴的精度。
• 影响主轴组件抗振性的主要因素： 主轴组件的静刚度 阻尼特性 固有频率
• 刚度和阻尼比越大越不易产生振动。
四、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 热变形。