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。

1-主轴2-支撑套3-箱体4-套筒5-传动带6-蜗杆

图3.2 行星运动的主轴

主轴的主要尺寸参数包括:主轴直径、内孔直径、悬伸长度和支承跨距。决定主轴主要尺寸参数的依据是主轴的刚度、结构工艺性和主轴部件的工艺适用范围。

（1）主轴的主要尺寸参数：

①主轴直径主轴直径越大，其刚性越高，但轴承和主轴上其他零件的尺寸也相应增大。轴承直径越大，同等级精度轴承的公差值也就越大，要保证主轴的旋转精度就越困难，同时极限转速也下降。主轴后端支承轴颈的直径一般为前支承轴颈的0.7～0.8倍，实际尺寸要到主轴组件设计时确定。前、后轴颈的差值越小则主轴的刚度越高，工艺性能也越好。

②主轴内孔直径主轴内孔是用来通过棒料及刀具夹紧装置，也可用于通过气动、液压卡盘的联结件。主轴内孔直径越大，可通过棒料的直径就越大，机床的使用范围就越宽，同时主轴部件也越轻。主轴内孔直径的大小主要受主轴刚度的制约。当主轴内孔直径与主轴直径之比小于0.3时，空心主轴的刚度几乎与实心主轴的刚度相当；当主轴内孔直径与主轴直径之比为0.5时，空心主轴的刚度为实心主轴的刚度90%；当主轴内孔直径与主轴直径之比大于0.7时，空心主轴的刚度急剧下降。

③悬伸长度主轴的悬伸长度与主轴前端结构的形状尺寸、前轴承的类

型和组合方式及轴承的润滑与密封有关。主轴的悬伸长度对主轴的刚度影响很大，主轴的悬伸长度越短，其刚度越好。

④支承跨度主轴部件的支承跨距对主轴的刚度有很大的影响。跨距对主轴部件综合刚度的影响不是单向的。如跨距较大，则主轴变形较大；如跨距较小，则轴承的变形对主轴前端的位移影响较大。所以跨距有一个最佳值，跨距太大或太小，都会降低主轴的综合刚度。

（2）主轴端部的结构形式：

主轴端部的结构与其需实现的功能有关，加工及装配的工艺性也是影响其形状的因素。

主轴端都是用来安装刀具或夹持工件的夹具，在设计上，应能保证定位准确、安装可靠、联

接牢固、装卸方便，并能传递足够的转矩。主轴端部的结构已标准化，如图3.3所示是数控机床主轴端部通用的几种结构形式。

图3.3 主轴端部的结构形式

如图3.3（a）所示为数控车床主轴端部，卡盘端部的短圆锥面和凸缘端面定位，用拔销传递转矩，卡盘装有固定螺栓，当卡盘装于主轴前

端时，将数个固定螺栓从凸缘上的孔中穿过、栓住并拧紧螺母将卡盘固定在主轴端部。主轴内部为空心，可通过长棒料，主轴前端有莫氏锥孔，可安装顶尖或心轴。图3.3（b）所示为数控铣、镗床主轴端部，铣刀或刀杆在前端7:24的锥孔内定位，并用拉杆从主轴后端拉紧，由前端的端面键传递转矩。如图3.3（c）所示为数控外圆磨床主轴端部。