第3章 典型部件设计1-2

第三章典型部件设计

第一节主轴部件设计

第二节支承件设计

第三节导轨设计

第四节机床刀架和自动换刀装置设计

一、主轴部件应满足的基本要求

二、主轴部件的传动方式

三、主轴部件结构设计

四、主轴滚动轴承

五、主轴滑动轴承

3.1 主轴部件设计

3.1.1 主轴部件应满足的基本要求

主轴部件是主运动的执行件，是机床重要的组成部分。它的功能是支承并带动工件或刀具旋转进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，完成表面成形运动。

主轴部件由主轴及其支承轴承、传动件、密封件及定位元件等组成。

主轴部件直接参与切削，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。3.1.1 主轴部件应满足的基本要求

（1）旋转精度：指装配后，在无载荷、低速转动条件下，在安装工件或刀具的主轴部位的径向跳动、端面跳动和轴向窜动值。

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。

3.1.1 主轴部件应满足的基本要求

（2）刚度：指主轴部件在外加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。

☐主轴部件的刚度是综合刚度，它是主轴、轴承等刚度的综合反映。

☐影响机床主轴部件刚度的主要因素有：主轴的尺寸、形状、轴承的类型、数目、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。

☐刚度不足，影响机床的加工精

度、传动质量及工作的平稳性。

（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：

一种是受迫振动，是来自外界的振源，主轴上旋转零件的质量偏心所产生的离心力，传动件速度不均匀所产生的惯性力，以及继续切削所产生的周期性变化的切削力对主轴运动的干扰，使主轴带动工件及刀具一起振动，在加工表面上留下振纹。

另一种是主轴自激振动，是指在没有外界动态干扰力作用时，由于机床－工件－刀具弹性系统振动过程的正反馈作用，在加工过程中，使刀具与工件之间发生的一种周期性的强烈的相对振动，也叫颤振。3.1.1 主轴部件应满足的基本要求

（3）抗振性

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。 抗振性差，导致：

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。

3.1.1 主轴部件应满足的基本要求

（4）温升和热变形：指主轴部件运转时，因各相对运动处的摩擦生热，切削区的切削热等使主轴部件的温度升高，形状尺寸和位置发生变化，造成主轴部件的所谓热变形。

热变形会使主轴旋转轴线与机床其它部件间的相对位置发生变化，影响加工精度。

热变形造成主轴弯曲，使传动齿轮和轴承的工作状态恶化。

3.1.1 主轴部件应满足的基本要求

（4）温升和热变形：

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。

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。

3.1.1 主轴部件应满足的基本要求

（5）精度保持性：指长期地保持其原始制造精度的能力。主轴部件丧失其原始制造精度的主要原因是磨损。

☐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、外导向表面等。

3.1.1 主轴部件应满足的基本要求

（5）精度保持性：

☐提高耐磨性的方法：

☐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。

☐合理调整轴承间隙，保证良好的润滑和可靠的密封。

3.1.1 主轴部件应满足的基本要求传动方式：齿轮传动、带传动、电动机直接驱动等。☐齿轮传动

☐结构简单、紧凑，能够传递较大的转矩，能适应变转速、变载荷工作，应用最广。☐缺点是线速度不能过高，通常小于12~15 m/s ，不如带传动平稳。

3.1.2 主轴部件的传动方式

☐带传动

☐靠摩擦力传动（同步齿形带除外）、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，带传动在过载时会打滑，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。

3.1.2 主轴部件的传动方式☐带传动

☐同步齿形带是通过带上的齿形与带轮上的轮齿相啮合传递运动和动力。

☐同步齿形带的齿形有两种：梯形齿和圆弧齿。

3.1.2 主轴部件的传动方式

☐电动机直接驱动

☐特点是主轴单元大大简化了结构，有效地提高了主轴部件的刚度，降低了噪声和振动；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。

☐广泛应用于精密机床、高速加工中心和数控车床中。

3.1.2 主轴部件的传动方式

高速内圆磨床电主轴

1、主轴部件的支承数目 多数机床的主轴采用前、后两个支承。 结构简单，制造装配方便，容易保证精度。 为提高主轴部件的刚度，前后支承应该消除间隙或预紧。

3.1.3 主轴部件结构设计1、主轴部件的支承数目为提高刚度和抗振性，有的机床采用三个支承。三个支承中可以前、后支承为主要支承，中间支承为辅助支承。

3.1.3 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。

3.1.3 主轴部件结构设计

角接触球轴承背对背安装