机械制造装备 第2版 教学配套课件 黄鹤汀 主编 第二章 金属切削机床典型部件

产生热变形。主轴热变形可引起轴承间隙变化，轴
心位置偏移，定位基面的形状尺寸和位置产生变
化；润滑油温度升高后，粘度下降，阻尼降低；因
此主轴组件的热变形，将严重影响加工精度。
室温不是20οC时，温升Tt的许可值按下式计
算
Tt T20 Kt t 20
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5．耐磨性
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主轴组件的精度保持性是指长期保持其原始制造
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第二章 金属切削机床典型部件
第一节 主轴部件 第二节 支承件及导轨 第三节 自动换刀装置
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第一节尚 辅 主教 学轴配 套组课 件件 设计 一、主轴组件的基本要求
主轴组件由主轴及其支承轴承、传动件、定位元件等组 成。
主轴组件是主运动的执行件，是机床重要的组成部分。 它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。
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轴承的轴向承载能力和刚度，由强到弱依次 为：推力球轴承、推力角接触球轴承、圆锥滚子轴 承、角接触球轴承；
承受轴向载荷轴承的极限转速由高到低为：角接 触球轴承、推力角接触球轴承、圆锥滚子轴承、推 力球轴承。
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3．轴承的精度选择 轴承的精度，应采用P2、P4、P5级和SP、UP
主轴组件的抗振性主要取决于前轴承，因而，有 的机床前支承采用滑动轴承，后支承采用滚动轴承。
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2．主轴滚动轴承的类型选择
机床主轴较粗，主轴轴承的直径较大，轴承所承 受的载荷远小于其额定动载荷，约为1/10。
因此，一般情况下，承载能力和疲劳寿命不 是选择主轴轴承的主要依据。
主轴轴承，应根据刚度、旋转精度和极限转 速来选择。
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2.刚度
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静刚度（简称为刚度），是主轴组件在静载荷 作用下抵抗变形的能力，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表示。
当外伸端受径向作用力（N），受力方向上的弹 性位移为δ（μm）时，主轴的刚度为
KF
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弹性位移δ是位移方向上的力、主轴组件结构参 数（如尺寸、支承跨矩、支承刚度等）的函数。为简 化刚度计算，引入柔度（μm/N），即刚度的倒数。
精度的能力，主轴组件主要的失效形式是磨损，所以
精度保持性又称为耐磨性。主要磨损有：主轴轴承的
疲劳磨损，主轴轴颈表面、装卡刀具的定位基面的磨
损等。磨损的速度与摩擦性质，摩擦副的结构特点，
摩擦副材料的硬度、摩擦面积、摩擦面表面精度，以
及润滑方式等有关。如普通机床主轴，一般采用45或
60号优质结构钢，主轴支承轴颈及装卡刀具的定位基
用度，是机床重要的性能指标。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。动态刚度与静刚度成正比，在共振
区，与阻尼（振动的阻力）近似成正比。可通过增加
静刚度、增加阻尼比来提高动刚度。
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4．温升与热变形
主轴组件工作时，轴承的摩擦形成热源，切削
热和齿轮啮合热的传递，导致主轴部件温度升高，
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切削力方向随主轴的旋转同步变化的主轴，主 轴支承轴颈的某一条线或点间接地跟半径方向上的 外圈滚道表面对应的线或点接触，影响主轴旋转精 度的因素为轴承内圈的径向圆跳动、滚动体的圆度 误差、外圈的径向圆跳动。由于轴承内圈滚道直径 小，且滚道外表面磨削精度高，因而误差较小，主 轴旋转精度主要取决于外圈的径向圆跳动，即外圈 滚道表面相对于轴承外径轴线的同轴度；
主轴组件刚度与主轴自身的 刚度和支承轴承的刚度相关。主 轴自身的刚度取决于主轴的惯性 矩、主轴端部的悬伸量和支承跨 距；支承轴承刚度由轴承的类 型、精度、安装形式、预紧程度 等因素决定。
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3．抗震性
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机床在额定载荷下切削时，主轴组件抵抗变形的
能力，称为动态刚度。
主轴组件的动刚度直接影响加工精度和刀具的耐
主轴组件直接参与切削，其性能影响加工精度和生产 率。因而是决定机床性能和经济性指标的重要因素。
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主轴组件应满足的基本要求 1．旋转精度
主轴的旋转精度，是机床几何精度的组成部 分。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。
面，G50～55HRC。
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二、主轴轴承 尚 辅 教 学 配 套 课 件
（一）、滚动轴承
1．轴承的选择 机床主轴最常用的轴承是滚动轴承。这是因为：①适度预
紧后，滚动轴承有足够的刚度，有较高的旋转精度，能满足机 床主轴的性能要求，能在转速和载荷变化幅度很大的条件下稳 定工作；②由专门生产厂大批量生产，质量稳定，成本低，经 济性好。特别是轴承行业针对机床主轴的工作性质，研制生产 了NN3000K、234400及Gamet（加梅）轴承，更使滚动轴承占稳 主轴轴承的主导地位；③滚动轴承容易润滑。
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滚动轴承与滑动轴承相比，缺点为： ①滚动体的数量有限，因此滚动轴承旋转中的径 向刚度是变化的；②滚动轴承摩擦力大，摩擦系数
为 f 0.002 ~ 0.008，阻尼比小， 0.02 ~ 0.04；
③滚动轴承的径向尺寸较大。因此，在动刚度性能高 的卧式精密机床（如：外圆磨床、卧轴平面磨床、精 密车床）中，滑动轴承仍有一定应用领域。
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轴承的刚度与轴承的类型有关，线接触的滚子 轴承比点接触的球轴承刚度高，双列轴承比单列的 刚度高，且刚度是载荷的函数，适当预紧不仅能提 高旋转精度，也能提高刚度。
轴承的极限转速与轴承滚动体的形状有关，同 等尺寸的轴承，球轴承的极限转速高于滚子轴承， 圆柱滚子轴承的极限转速高于圆锥滚子轴承；同一 类型的轴承，滚动体的分布圆越小，滚动体越小， 极限转速越高。
级。SP、UP级轴承的旋转精度相当于P4、P2，内外 圈的尺寸精度比旋转精度低一级，相当于P5、P4 级。这是因为轴承的工作精度主要取决于旋转精 度，主轴支承轴颈和箱体轴承孔可按一定配合要求 配作，适当降低轴承内外圈的尺寸精度可降低成 本。
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切削力方向固定不变的主轴，如：车床、铣 床、磨床等，通过滚动体，始终间接地与切削力方 向上的外圈滚道表面的一条线（线接触轴承）或一 点（球轴承）接触，由于滚动体是大批量生产，且 直径小，圆柱度误差小，其圆度误差可忽略，因 此，决定主轴旋转精度的是轴承的内圈径向圆跳 动，即内圈滚道表面相对于轴承内径轴线的同轴 度。