主轴单元设计
精密电主轴单元设计技术
电主 轴是 高速机 床 的核 心功 能 部 件 ， 着 高速 加 随
工技 术 的迅 猛发 展 和广 泛应 用 ， 工 业 部 门特别 是 航 各 天 、 空、 航 汽车 、 托 车 和模 具 加 工 等行 业 ， 高 速 度 、 摩 对 高精 度数控 机床 的需 求 与 １俱 增 ， 切 需 要 开发 出高 ３ 迫 点 ， 统 的 软件 实 现 技术 难 传 以适 应 制 造 领 域 的需 求 ， 用 插 件 技 术 正 好 可 以将 应
ＣＰ Ａ Ｐ系统需求 的多 样化 和 不 确定 性 细 节屏 蔽 在插 件
内容 的具 体实现 上 ， 应用 程序 提供 透 明的行为 ， 对 使得
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ： ｅ ｐ ｐ ｒｄ ｓ ｕ ｓ ｓ ｈ ｗ ｏ ｃ ｌ ｕａ ｅ ｔ ｅ ｍａｎ ｔｃ ｎ ｑ ｅ ｐａａ ｔｒ ｏ ｒ ｃｓｏ ｔｒｚ ｄ ｓ ｉ ｄ ｅ ｕ ｉ， ｓｒ ｃ Ｔｈ ａ ｅ ｉｃ ｓ ｅ ｏ ｔ ａｃ ｌｔ ｈ ｉ ｅ ｈ ｉ ｕ ｒ ｍｅ ｅ ｆｐ ｅ ｉｉｎ ｍｏｏ ｉｅ ｐ ｎ ｌ ｎ ｔ
品质 的 电主轴 。由于 电主轴 是完成 高速 加工 的战 略性
关键技 术 ， 性能 指标直 接决 定机 床 的发展水 平 ， 其 因此
向静 刚度 、 轴 的动 平衡精 度及 有效 的动平 衡方 法 。 主
（ ：４ ２ ． ７） ２ — ６
４ 结 语
插 件技术 通过 添加插 件 的方式来 扩展 软件 系统 的 功能 ， 以满足 用 户 的需 要 。而 Ｃ Ｐ Ａ Ｐ系 统 软 件存 在 需
Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｆＤｅ ｉｎｎ ｅ ｉｉｎ Ｍｏ ｏ ｉｅ ｉｄｅ Ｕｎｔ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｓｇ ｉｇ Ｐｒｃｓｏ ｔ ｒ ｄ Ｓｐｎ ｌ ｉ ｚ
(完整版)数控车床主轴设计
绪论随着市场上产品更新换代的加快和对零件精度提出更高的要求，传统机床已不能满足要求。
数控机床由于众多的优点已成为现代机床发展的主流方向。
它的发展代表了一个国家设计、制造的水平，在国内外都受到高度重视。
现代数控机床是信息集成和系统自动化的基础设备，它集高效率、高精度、高柔性于一身，具有加工精度高、生产效率高、自动化程度高、对加工对象的适应强等优点。
实现加工机床及生产过程的数控化，已经成为当今制造业的发展方向。
可以说，机械制造竞争的实质就是数控技术的竞争。
本课题的目的和意义在于通过设计中运用所学的基础课、技术基础课和专业课的理论知识，生产实习和实验等实践知识，达到巩固、加深和扩大所学知识的目的。
通过设计分析比较机床的某些典型机构，进行选择和改进，学习构造设计，进行设计、计算和编写技术文件，达到学习设计步骤和方法的目的。
通过设计学习查阅有关设计手册、设计标准和资料，达到积累设计知识和提高设计能力的目的。
通过设计获得设计工作的基本技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造一定的条件。
一、设计题目及参数1.1 题目本设计的题目是数控车床的主轴组件的设计。
它主要由主轴箱，主轴，电动机，主轴脉冲发生器等组成。
我主要设计的是主轴部分。
主轴是加工中心的关键部位，其结构优劣对加工中心的性能有很大的影响，因此，在设计的过程中要多加注意。
主轴前后的受力不同，故要选用不同的轴承。
1.2参数床身回转空间400mm尾架顶尖与主轴端面距离1000mm主轴卡盘外径Φ200mm最大加工直径Φ600mm棒料作业能力50～63mm主轴前轴承内和110～130mm最大扭矩480N·m二、主轴的要求及结构2.1主轴的要求2.1.1旋转精度主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷，低转速的条件下，主轴前端工件或刀具部位的径向跳动和轴向跳动。
主轴组件的旋转精度主要取决于各主要件，如主轴、轴承、箱体孔的的制造，装配和调整精度。
机械式高速主轴单元的改进设计
Ｋｅ ｗｏ ｄｓ：Ｂｅ ｒｎ ｕ ｐ ｒ ｔｕ ｔ ｒ ｙ ｒ ａ ｉ ｇ Ｓ ｐ ｏ ｔＳ ｒ ｃ ｕ ｅ；Ｇａ －ｃ ｔｉ ａ ；Ｗ ｅｇ ｔ ｅ１ ｃ ｄ Ｄｅ ｉｎ ｓ ｕｒａｎ Ｓｅ ｌ ｉ ｈ ～ｒ （ ｅ ｓｇ ｕ
主轴 单元 是机 床 主轴部 件 以独 立 的功能 模块 存在
ｓ ｒｉ ｅ ｉｅ ｅ ｖｃ －ｌ ．Ｔｈ ｒ ｆｅ ｔ ｅ ｇ ｓ ｕ ｔ ｉ ｅ ｌｃ ｒ ｉ ｒ ｖ ｈ ｅ ｉｂｉ ｔ ｒ ａｌ ｆ ｅ ｍｏ ｅ ｅ ｃ ｉ ａ －ｃ ｒａ ｎ ｓ ａ ａｌ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｒ ｌａ ｌ ｙ ｇ ｅ ｔ ｖ ｉ ｙ．Ｆｕ ｔ ｒ ｒ ｒｈｅｍｏ ｅ，ｔ ｅ ｈ ｗｅ ｇ ｔ—ｅ ｕ ｅ ｅ ｉｎ ｉ ｍｐ ｏ ｅ ｔｔ ｎｄ ｏ ｈ ｎ ｔｔ ｕ ｏ ｈ ｏ ｔａ ｄ ｉ ｉｈ —ｒ ｄ ｃ ｄ ｄ ｓｇ ｓｅ ｌ ｙ ｄ ａ ｈｅ ｅ ｆｔ ｅ ｕ ｉ ｏ ｃ ｔｄ ｗｎ ｔ ｅ ｃ ｓ ｎ ｍｐｒ ｖ ｈ ｆｉｉ ｎ・ ｏ ｅ ｔｅ ｅ ｃｅ －
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主轴设计详解范文
主轴设计详解范文主轴设计是指物体或系统中最重要、最核心的轴线或中心线。
在设计中，主轴扮演着重要的角色，它可以影响到整个设计的结构和布局。
主轴设计的目的是为了帮助视觉上的引导和组织，增强设计的层次感和整体性。
本文将详细介绍主轴设计的相关概念、原则和应用。
一、主轴设计的概念主轴设计是建立在人眼的视觉习惯和心理感受基础上的。
人眼在观看事物时会自然地选择一个焦点，并按照固定的视觉路径来引导目光，这个视觉路径就是主轴。
主轴设计通过合理利用主轴，使观众在观看时能够自然而然地关注到设计师希望他们看的地方。
二、主轴设计的原则1.中心对称原则：主轴设计常常采用中心对称的布局方式，即将物体或系统的中心线与整体布局的中心对齐。
这种对称的设计方式能够产生一种稳定和谐的感觉，使设计更容易被观众接受。
2.顺应视觉习惯原则：在主轴设计中，设计师要充分考虑观众的视觉习惯，使主轴与视觉路径一致。
观众习惯从左上到右下阅读，因此主轴设计常常从左上到右下延伸。
3.强调层次感原则：通过巧妙地利用主轴，设计师可以使设计更具层次感和深度。
主轴可以分割设计区域，并引导观众的目光向特定的区域移动，从而增强设计的层次感。
4.注重比例和尺度原则：主轴设计中的物体或系统的比例和尺度要与整体设计保持一致。
过大或过小的元素会破坏主轴设计的效果，造成视觉上的不平衡。
三、主轴设计的应用主轴设计广泛应用于各个领域，包括建筑设计、平面设计、金融和商业等。
1.建筑设计中的主轴设计：建筑设计中的主轴通常是指建筑物的主要轴线或中心轴线。
主轴设计可以帮助建筑师确定建筑物的方向和布局，并将各个区域有机地连接在一起。
2.平面设计中的主轴设计：平面设计中的主轴设计常常通过几何形状、线条和颜色等来实现。
设计师可以通过布局元素、文字和图片等，将主轴设计应用于海报、宣传册和网站设计中，以引导观众的注意力。
3.金融和商业中的主轴设计：金融和商业领域中的主轴设计可以帮助公司和品牌建立统一的形象和风格。
CK518立式数控车床主轴单元的开发设计
CK518立式数控车床主轴单元的开发设计摘要本次研究工作的主要目的是完成CK518主轴单元设计.使其满足旋转精度、结构刚度、静刚度，抗振性、温升和热变形及耐磨性等主要性能,以提高机床的加工质量和加工效率.第一部分主要介绍了CK518立式数控车床的主轴单元的组成、功用和特点以及影响主轴单元的各个因素：主轴单元或主轴组件是数控立式车床CK518的一个重要组成部分。
主轴组件由主轴、主轴轴承及安装在主轴上的传动件、密封件等组成。
机床工作时，由主轴夹持工件并带动工件旋转进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，直接完成表面成形运动。
由于机床转速高，功率大，机床的加工质量，在很大程度上要靠主轴组件保证，因此要求主轴组件具有良好的旋转精度、结构刚度、抗振性、温升和热变形及耐磨性等；第二部分主要说明了主轴组件的布局方式和主轴的设计以及滚动轴承设计选择;第三部分主要是主轴单元的部件的校核计算，主要包括主轴的刚度，前、后轴承支反力，主轴的前端挠度,前、后轴承的弹性变形量，轴承预紧量，滚子所受预载荷等等。
CK518立式数控车床具有高转速、大扭矩,高刚性等特点。
该机床可加工各种短轴类、盘类零件，车削各种螺纹、圆弧、圆锥、回转体的内外曲面、端面、沟槽、钻、扩、铰等,适用于形状复杂的中小批量零件,以及精度、尺寸一致性要求高的大批量零件的加工.该类机床在国内外汽车行业广泛应用，是一种高效、高精度、高质量、高效益、低成本，投资回报期短，性能价格比高的机床，因此设计为其一种优良的主轴单元具有重大的现实意义。
关键词:数控车床主轴组件刚度轴承高速切削Development and Design of CK518’s Spindle Assembly Abstract This research work's main purpose completes the CK518 main axle unit design. Causes it to satisfy the running accuracy, the structure rigidity, the static rigidity，the vibration-proof，the temperature rise and the thermal deformation and wear resistant and so on main performance, improves engine bed's processing quality and the processing efficiency。
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。
第4章 主轴部件设计、看
主轴部件的传动方式
齿轮传动
■ 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。
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。
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。
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．
23
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。
30
刚度速度型
前轴承的配置特点是：外侧的两个角接触球轴承大口朝向主轴工作端，承受 主要方向的轴向力；第三个角接触球轴承则通过轴套与外侧的两个轴承背靠背配 置，使三联角接触球轴承有一个较大支承跨，以提高承受颠覆力矩的刚度。
立式数控铣床主轴部件的设计课件
明德 砺志 博学 笃行
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
整个主轴部件装在长 套筒中，转动手轮经过 锥齿轮，使丝杠转动， 通过螺母⑪带动套筒 （23）作轴向调整，调 整后将套筒（23）夹紧。
主轴前端采用迷宫式 密封装置，主轴轴承由 针阀供油得到润滑
主轴悬伸量a
明德 砺志 博学 笃行
主轴悬伸量〔又称悬伸长度〕是指主轴前端至前支承点的 距离，它的大小对主轴组件的刚度和抗振性有显著影响。 悬伸量小，轴端位移就小，刚度得到提高。
主轴悬伸量的大小往往受构造限制，主要取决于主轴端部 的构造型式及尺寸、刀具或夹具的安装方式、前轴承的类 型及配置、润滑与密封装置的构造尺寸等。
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
明德 砺志 博学 笃行
主轴内孔直径
主轴内孔直径与机床的类型有关，确定孔径的原那么是：为减轻主轴重量，在满足上述工艺要求及不削弱主轴刚度的前提下，尽量取较大值，孔径d对主轴 刚度的影响是通过抗弯截面惯性矩而表达的，即主轴本身的刚度正比于抗弯截面惯性矩，其关系式为
明德 砺志 博学 笃行
主轴直径
主轴直径越大，其刚度越高，但使得轴承和轴上其他零件的尺寸相应增大。轴承的 直径越大，同等级精度轴承的公差值也越大，要保证主轴的旋转精度就越困难。同时 极限转数下降。实际尺寸要在主轴组件构造设计时确定。前、后轴颈的差值越小那么 主轴的刚度越高，工艺性能也越好。一般前后端轴颈：D2≈〔0.7-0.85〕D1
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
2.5机床主轴组件设计
主轴组件基本要求
旋转精度 刚度 抗振性 热稳定性 耐磨性
主轴传动件
主轴传动方式
齿轮传动 带传动 电动机直接驱动
传动件类型选择
类型：齿轮、蜗轮、带轮及电动机直接驱动 选择依据：传递动力、转速、运动平稳性及结 构要求
传动件布置
主轴滚动支撑
主轴常用滚动轴承的结构特点
角接触球轴承 双列短圆柱滚子轴承 圆锥滚子轴承 推力轴承 双向推力角接触轴承 陶瓷滚动轴承 磁浮轴承
பைடு நூலகம்机床主轴组件设计
主要内容
主轴组件的组成及功能 主轴组件基本要求 主轴传动件 主轴滚动支撑 主轴组件结构尺寸
主轴组件的组成及功能
主轴组件由主轴、主轴轴承、 主轴组件由主轴、主轴轴承、传动件和定 位件等部分组成。 位件等部分组成。 主轴组件的功用是： 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； 差并将运动传递给工件或刀具进行切削； 同时承受切削力和传动力等载荷。 同时承受切削力和传动力等载荷。
主轴滚动轴承选择 主轴滚动轴承配置
径向轴承配置 推力轴承配置
前端定位 后端定位 两端定位
三支撑配置
前端定位
主轴滚动轴承精度及选配
轴承精度选择 滚动轴承选配
主轴滚动轴承配合 主轴滚动轴承间隙调整
径向预紧 轴向预紧
主轴滚动轴承的润滑
主轴组件结构尺寸
结构尺寸决定因素
外径 孔径 悬伸量 支距
重点掌握
主轴组件的组成及功能 主轴组件基本要求 主轴滚动轴承配置 主轴滚动轴承精度及选配 主轴滚动轴承间隙调整
第三章 主轴组件设计解析
■ δa1、 δa2 可根据δa 计算得到 ■ 同 理 δb1、 δb2 也可根据δb计算得到
■ 一般情况下δ1等于δa1、δb1、δc1的均方根值 ■ δ2等于δa2、δb2、 δc2的均方根值
■ 据此，可算出δc1和δc2
■ 主轴的第⑶项公差就是根据2倍的δc1、 δc2 值
确定的
■ 4、短锥C对轴径A、B的径向圆跳动 ■ 短锥C是卡盘的定心轴颈。精度检验标准规
■ 二、轴承精度
■ 主轴轴承的精度主要采用P2、P4、P5 级
■ （B、C、D）相当于ISO 2、4、5 级
■ 此外，又规定了SP级和UP级作为补充
■ 结构对精度的影响：
■ a、向心轴承用于切削力方向固定的主轴， 对径向旋转精度影响最大的是“成套轴承的 内圈径向跳动” Kia
■ b、如用于切削力方向随主轴旋转而变化的 主轴，对轴承径向旋转精度影响最大的是 “成套轴承的外圈径向跳动” Kea
■ 轴瓦除了径向摆动外，也可轴向摆动
■ 轴瓦与球头螺钉接触面积要大于 80% 以保 证接触刚度
■ 轴承间隙靠螺钉调整 ■ 缺点是综合刚度低于固定多油楔轴承
■ 二、液体静压轴承
■ 静压轴承的油膜压 强由外界液压泵供 给
■ 油膜厚度对轴径和 轴承孔的圆度误差 起均化作用
■ 1、工作原理
■ 如图
■ 2、节流器
■ 型号：NN3000K(3182100) ■ NNU4900K（4382900）
■ 特点：内孔为 1:12 的锥 孔与主轴的锥形轴颈相配 合，只承受径向力
■ 间隙的调整： ■ 轴向移动内圈 ■ 适用场合： ■ 载荷较大、刚度要求较高，
中等转速
■ 2、双向推力角接触球轴承 ■ 型号：234400（2268100） ■ 特点：可承受双向的轴向载荷 ■ 它与双列圆柱滚子轴承配套使用
数控机床主轴总体设计
数控机床主轴总体设计
报告
一、报告概述
数控机床主轴设计涉及机床整体结构及其相关机构的设计，是数控机
床制造过程中的重要步骤，也是控制机床精度和加工质量的关键因素。
本
文将重点介绍数控机床主轴的设计，包括其设计要点、数控机床主轴的结
构设计和参数设计，以及检验和润滑等。
二、主轴的设计要点
1.数控机床主轴的设计应考虑机床的整体结构和控制要求。
2.主轴为定心支承结构，必须考虑受力、应力、热变形等方面的影响，以确保设计符合要求，并能满足用户的实际要求。
3.主轴运行部件应确定所需转速、变速比、功率等参数，以确保设备
具有良好的动力性能。
4.数控机床的主轴应考虑到在高速运行时，动平衡质量及其调整要求。
5.主轴及其附件的安装应考虑其各自的尺寸和形位关系，以确保正确
安装及更换。
三、主轴结构设计
1.主轴材料选择
主轴材料可以根据设计要求选择金属材料或高分子材料。
其中金属材
料包括钢、铝合金、镁合金等，而高分子材料则包括塑料或玻璃钢等，具
体选择要考虑材料的机械性能、抗腐蚀性能和使用寿命等。
2.主轴结构设计。
3-6 主轴部件设计
3-6主轴部件设计主轴部件是机床重要部件之一，它是机床的执行件。
它的功用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。
主轴部件的工作性能对整机性能和加工质量以及机床生产率有着直接影响，是决定机床性能和技术经济指标的重要因素。
因此，对主轴部件要有较高的要求。
一、主轴部件应满足的基本要求l．旋转精度主轴的旋转精度是指装配后，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和轴向跳动。
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。
如主轴支承轴颈的圆度，轴承滚道及滚子的圆度，主轴及随其回转零件的动平衡等因素，均可造成径向跳动；轴承支承端面，主轴轴肩及相关零件端面对主轴回转中心线的垂直度误差，止推轴承的滚道及滚动体误差等将造成主轴轴向跳动；主轴主要定心面(如车床主轴端的定心短锥孔和前端内锥孔)的径向跳动和轴向跳动。
对于通用机床和数控机床的旋转精度，国家已有统一规定，详见各类机床的精度检验标准。
2．刚度主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下抵抗变形的能力，通常以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移方向上所施加的作用力来定义，如图3—54所示。
如果引起弹性变形的作用力是静力y，则由此力和变形所确定的刚度称为静刚度；如果引起弹性变形的作用力是交变力，其幅度为y，则由该力和变形所确定的刚度称为动刚度，静、动刚度的单位均为N／um。
图3－54主轴部件的刚度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。
因此，主轴的尺寸和形状、滚动轴承的类型和数量、预紧和配置形式、传动件的布置方式、主轴部件的制造和装配质量等都影响主轴部件的刚度。
主轴静刚度不足对加工精度和机床性能有直接影响，并会影响主轴部件中的齿轮、轴承的正常工作，降低工作性能和寿命，影响机床抗振性，容易引起切削颤振，降低加工质量。
目前，对主轴部件尚无统一的刚度标准。
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。
主轴部件设计
第 三 章 金 属 切 削 机 床
主轴部件设计
功用：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。 组成：支承轴承、传动件、密封件、定 位元件、主轴。
1
第一节 主轴部件设计
第 三 章 金 属 切 削 机 床
基本要求
旋转精度和运动精度 刚度
（主轴的头部已经标准化，用以安装标准刀具 和夹具，其形状和尺寸，参考机床设计手册， 同类型机床。）
（五）主轴
1、主轴的构造 主轴的构造和形状主要决定于主轴上所安装的 刀具、夹具，传动件、轴承等零件的类型、数 量、位置、安装定位方法等。 设计时应考虑主轴加工工艺性，装配工艺性 。 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（ 现已标准化）。
已标准化。
65
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。
66
滚动轴承配置
（三）主轴传动件位置的合理布置
1、传动件在主轴上轴向位置的合理布置 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小其变 形，提高主轴的抗振性。 布置原则：传动力引起的主轴弯 曲变形要小，引起主轴前轴端在影响加工 精度敏感方向上的位移要小。（不叠加）
Q
F
Q1
i 传动件放在两个支承中间靠近前支承处， 受力较好，用得最为普遍 ii 传动件放在轴前悬伸端，主要用于大转盘 的机床，如立车、镗床等，传动齿轮直接安装在 转盘上。 iii 传动件放在后悬伸端，较多地用于带传动 ，为了更换传动带方便，如磨床。
CK6136数控车床主轴部分机械设计
CK6136数控车床主轴部分机械设计1.主轴箱设计：主轴箱是支撑主轴的机床基础部件，它需要具备足够的刚性和稳定性。
主轴箱通常采用铸铁材料，采用箱形结构设计，以确保足够的强度和刚性。
主轴箱内部需要进行润滑油的循环，以降低摩擦和热量，提高主轴的使用寿命和稳定性。
2.主轴轴承设计：主轴轴承是支撑和固定主轴的关键部件，它需要满足高速旋转的要求，并具备足够的刚性和稳定性。
根据车床的使用要求和主轴的转速范围，可以选择不同类型的主轴轴承，如滚动轴承、滑动轴承或德国Schneeberger线性导轨轴承。
为了提高主轴的刚性和稳定性，还可以在主轴轴承上采用预拉力调节装置，以减少轴承的磨损和提高主轴的精度。
3.主轴驱动系统设计：主轴驱动系统是将动力传递给主轴的部件，常见的主轴驱动方式有皮带传动和直接驱动。
皮带传动方式可以通过调整皮带紧张度来调节主轴转速，适用于一些变速主轴车床。
直接驱动方式更加简单可靠，能够提供更高的主轴转速和更精确的加工效果。
直接驱动方式常见的有电机和主轴同轴分装，以及电机和主轴同轴集成在一起的设计。
为了确保主轴驱动的稳定性和准确性，需要采用高精度的联轴器和齿轮传动装置，以减少传动误差和振动。
此外，为了保证主轴的使用寿命和精度，还需要对主轴进行冷却和清洁。
冷却包括内部冷却和外部冷却，可以采用冷却液进行内部冷却，通过风扇或冷却器对外部进行冷却。
清洁方面可以采用集尘装置和冷却液过滤器，以确保主轴的清洁和润滑。
总之，CK6136数控车床的主轴部分机械设计是一个综合性工作，需要考虑刚性、稳定性、精度、耐用性等多方面因素。
只有通过精心的设计和优化选择，才能实现主轴的高效工作和长期可靠运行。
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润滑系统
油量与温升及摩擦损失关系图
润滑系统
油润滑(Oil Lubrication) Q = (M o + M 1 ) ×nT/ ΔT×10-6
Q : 油量, l/min Mo: 摩擦力矩(load independent) M1:摩擦力矩(load dependent) n : 转速, rpm ΔT: 润滑油允许温升
润滑系统
油润滑(Oil Lubrication) – 油气式(oil-air or oil spot)
滚珠使用润滑油与空气混合之后喷入滚 珠轨道，DN 值高。 润滑油消耗量小，消耗功率小，适合高 速长时间连续运转。 发热量少，空气有冷却效果。 成本高，供油系统续严格监控稳定性， 否则易瞬间烧毁，油量调整费时，组装及 制造过程复杂。
数控机床设计与分析 主轴单元设计
主编：苟卫东
青海一机数控机床有限责任公司 2011年12月5日
课程內容
•概述 •主轴结构 •主轴 •轴承 •刀具系统 •冷却系统 •润滑系统 •密封系统 •主轴电机
课 程 內 容
概 述
加工中心市场需求
3C 模具
航钛轻合金
高速钻孔攻丝，轻切削面铣 1mm以下小孔径钻孔
概 述
各式主轴:
轴线可动主轴
磁浮主轴
液体静压主轴
液体动压主轴
滚珠轴承主轴
主轴结构
主轴 轴承 刀具夹持系统 冷却系统 润滑系统 密封 其他
主 轴 结 构
主轴结构
•加工中心 (Machinning Center)
主轴结构
• 加工中心(machining Center)
主轴结构
•加工中心(machining Center)
精度
速度
刚度
概 述
主轴设计之性能指标
主轴刚性:径向与轴向 最高转速: 安全持续运转极限转速 主轴功率:连续输出额定功率与最大功率
影响刚度与转速的因素
主轴系统 轴承系统
刚性
轴承系统
转速
润滑系统
冷却系统
支撑系统
概 述
主轴设计主要因素
主轴驱动方式: 齿轮/皮带式，直接式，内藏式 •主轴轴承:轴承形式，数量，组装方式，润滑 •主轴电机:电机型式，功率，尺寸 •主轴结构:刀柄拉杆，刀柄型式
缺点： • 制造及材料成本高， • 组装复杂，维修困难度高 • 线圈发热易影响主轴温升。
概 述
依驱动方式分为:
–直結式
优点：
• 高速化，噪音低于皮带式主轴 • 直接电磁能 – 机械能转换 • 低傳传输功率损耗 • 低速重切削不会有皮带式之跳脱打滑问题
缺点：
• 系统总组合长度拉长， • 组装精度要求高， • 使用在C -型架重量集中前端。 • 动平衡校正较困难，联轴器易受切削激振 松脱。
主轴轴承
角接触球轴承的组合
1、角接触球轴承一般有2列组合（DB）、 3列组合（ DBD）或4列组合（DBB） 2、组合轴承内外径的公差都控制在允许公差范围内的 1/3.
主轴轴承
作用点距离与负荷方向 背对背组合DB 面对面组合DF 并列组合DT 3列组合DBD 4列组合DBB
主轴轴承
轴承组合方式
高速
硬钢材加工，曲面加工
高速铣削，曲面加工
高精度
汽机车
一般加工
高速铣削，钻孔，攻丝 精密镗孔
高效率
钻孔，攻丝，面铣，镗孔
概 述
数控机床高速切削关键技术
轻量化高刚性结构
工艺(规程，夹具)
高速，高精度 切削
控制器
CAD/CAM
刀具技术
进给系统
主轴系统
概
述
主轴为数控机床进行加工时，直接带动刀具 或工件旋转，进行切削、磨削..等加工程序之重要 单元。 –带动工件旋转，如车床。 –带动刀具旋转，如铣床。
主轴拉刀机构
主轴拉刀系统
•碟形弹簧之并串联(以并串联上调整拉刀力)
主轴拉刀系统
•碟形弹簧之并串联(以并串联上调整拉刀力)
主轴拉刀系统
•碟形弹簧之并串联(以并串联上调整拉刀力)
主轴拉刀系统
刀具夹持系统 – 液压系统(以油压调整拉刀力)
主轴刀柄系统
主轴刀柄系统
主轴刀柄系统
主轴刀柄系统
刀具系统
刀具结合面系统
双面约束中空短刀柄: 更高结合面刚性，更精密定位及更短换刀时间。
刀具系统
刀柄长度比较:
HSK刀柄长仅有一般1/2
刀具系统
•刚性比较:
刀具系统
•重复精度比较:
刀具系统
•重复精度比较:
冷却系统
• 冷却系统 – 主轴热源
轴承 电机 切削
冷却系统பைடு நூலகம்
•主轴电机及轴承因主轴运转产生热，须以冷却液带走，以控制主轴 温升变形量。 •大部分主轴以水套环绕电机定子及轴承外环，以冷却液循环其中， 进行冷却。 • 冷却循环一般无法冷却电机线圈及轴承內部，造成外冷內热。
主轴锥孔
主轴端部
主轴锥孔
加工中心的主轴锥孔通常分为两大类，即锥度为7:24的通用系统和1:10的HSK 真空系统。 锥度为7:24的通用刀柄通常有五种标准和规格，即NT（传统 型）、 DIN 69871（德国标准）、IS0 7388/1 （国际标准） 、 MAS BT（日本标准）以及 ANSI/ASME（美国标准）。 1:10 HSK真空刀柄的德国标准是DIN69873。有六种标准和规格，即 HSK-A、 HSK-B、 HSK-C、 HSK-D、 HSK-E和HSK-F，常用的有三 种：HSK-A (带内冷自 动换刀) 、 HSK-C (带内冷手动换刀) 和HSK-E(带内冷 自动换刀，高速型)。 7:24 的通用刀柄是靠刀柄的7:24锥面与机床主轴孔的7:24锥面接 触定位连接的，在高速 加工、连接刚性和重合精度三方面有局限性。 HSK真空刀柄靠刀柄的弹性变形， 不但刀柄的1:10锥面与机床主轴孔的1:10锥面接触，而且使刀柄的法兰盘面与主轴 面也紧密接触， 这种双面接触系统在高速加工、连接刚性和重合精度上均优于7:24 的HSK刀柄。其中常用于加工中心(自动换刀)上的有A型、E型和F型。
润滑系统
油气式润滑常见问题
油顆粒大，供油间隔须长(8 to 16 minutes) 主轴温度变化大，不稳定 供油时间间隔长，万一缺少供油一次，产生影响大 供油监测困难
润滑系统
油润滑(Oil Lubrication) – 油雾式(oil/air Mist) – 喷射式(oil jet)
冷却系统
• 另一种方式以冷空气为冷却媒介，可以有效冷却电机內外线圈，降
低主轴温升变形。 • 许多主轴备有中心出水(CTS，Coolant Thru Spindle) 切削液，亦 具有冷却主轴中心之功能。但对于高转速运用，因冷煤通道不对称 或冷却液遭或空气污染而造成主轴/刀具系统不平衡。
润滑系统
滚动轴承 润滑系统:
主轴刀柄系统
主轴刀柄系统
主轴刀柄系统
主轴刀柄系统
主轴刀柄系统
主轴刀柄系统
主轴轴承
轴承 支持主轴，并限制位移，使主轴绕固定旋转中 心运动，此外提供足夠界面刚性，使主轴承受 切削力。
滚动轴承(Rolling Bearing) 液静压轴承(Hydrostatic Bearing) 液动压轴承(Hydrodynamic Bearing) 磁浮轴承(Active Magnetic Bearing )
主轴接口形式
主轴接口形式
刀具结合面系统
- 1/10 錐度
HSK: 1/10 空心短刀柄
KM : 1/10 空心短刀柄
主轴端部
30-60号 GB/T3837-2001主轴端部 结构尺寸
主轴端部尺寸
主轴端部键槽及键块
主轴端面键
主轴端部端面键尺寸
主轴端部
主轴锥孔
ISO 9524-1993机床 加工中心主轴端部 结构尺寸
缺点： •传动系统挠性大，扭转刚性低 • 皮带造成轴承负荷 • 高速运转受皮带限制而无法提高 • 超负荷切削易使皮带滑移。
概 述
依驱动方式分为:
– 电机内藏式
优点：
•电磁能直接转换为机械能，无传动功率损耗， 亦无须考虑如 DDS 主轴联轴器的刚性问题 • 此外电机具有双线圈两段输出功率，具备低速 高扭矩功能 • 低速重切削能力大约介于齿轮式与皮带式之间 • 高速切削能力则较优。
刀具系统
刀柄结合面 – 7/24锥度 BT30, BT40, BT50 (日本Bottle Grip 公司) CAT30, CAT40, CAT50 (美国 Catipillar公司) DIN 69871 Form A, Form B: SK40, SK50 双面约束实心刀柄 BBT-40,50 (BIG plus ) 双面约束实心刀柄 MBT-40,50(Nikken) – 1/10錐度 双面约束中空刀柄HSK A-50, A-63, A-100 双面约束中空刀柄KM A-50,A-63,A-80,A-100
刀具系统
•刀具结合面系统 - 7/24 锥度
BT
CAT
SK From A
刀具系统
传统单面接触时刀柄不适用于高速旋转
1. 旋转离心力，温升 2. 刀柄较长，较重
刀具系统
•刀具夹持系统
– 双面约束: – 中空刀柄:
刀具系统
刀具结合面系统
双面约束中空短刀柄: 更高结合面刚性，更精密定位及更短换刀时间。
概 述
依驱动方式分为:
– 齿轮式
优点：
•传动系统扭转刚性大，能承受低速
高扭矩负载
•适合低速大切深加工，但主轴刚性
需加大 缺点：
•效率低，传输功率损耗大，噪音大，
油污染
•高速受限制 •齿轮及箱体制造成本高 •齿轮造成轴承负荷