主轴部件设计.ppt

§3.6 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。
一、主轴部件应满足的基本要求
1、旋转精度 a. 概念：主轴的旋转精度是指 装配后，在无载荷、低速转动的条 件下，在安装工件或刀具的主轴部 位的径向和轴向跳动。
Q F
Q1 Q
F
Q1
2、驱动主轴的传动轴位置的合 理布置
主轴受到的驱动力相对于切削 力的方向取决于驱动主轴的传动轴 位置。应尽可能将该驱动轴布置在 合理位置，使驱动力引起的主轴变 形可抵消一部分因切削力引起的主 轴轴端精度敏感方向上的位移。
（四）主轴主要结构参数的确定
主轴的主要结构参数有：主轴 前、后轴颈的直径D1、D2，主轴内 孔直径d，主轴前端悬伸量a，主轴 主要支承间的跨距L。图3-56
高精度机床 8~10℃ 精密机床 15~20℃ 连续运转允
许温升 普通机床 30~40℃
5、精度保持性
a.概念 精度保持性指长期地保 持其原始制造精度的能力
b.影响因素 磨损，主轴轴承、 轴颈表面、装夹工件刀具的定位表 面的磨损
（磨损的速度与磨擦的种类有关，与 结构特点、粗糙度、热处理方式、 润滑、防护、使用条件有关。）
（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）
QF
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。
两个方向的推力轴承都布置在 前支承处，前支承处轴承发热大， 温度高；但主轴受热后向后伸长， 不影响轴向精度，精度高，用于高 精度机床，数控机床。
2、后端配置
两个方向的推力轴承都布置在 后支承处。较少用，发热小、温度 低，主轴受热后向前伸长，影响轴 向精度，用于普通精度机床，立铣， 多刀车床。
3、两端配置
特点：靠摩擦力传动（除同步 齿形带外），结构简单，制造容易， 成本低，适用于大中心距传动，皮 带吸振，传动平稳，噪声小，适宜 变速传动，打滑起过载保护。
缺点：有滑动，不能用于速比 要求准确的场合。
同步齿形带：带上的齿形与带 轮上的轮齿相啮合传递运动和力， 无滑动，传动比准确，传动精度高， 强度高。
b．影响因素：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。
径向跳动影响因素：主轴轴颈 的园度、轴承滚道及滚子园度、主 轴及回转件的动平衡。，止推轴承的 滚道及滚子误差。
轴、径向跳动影响因素：主轴 主要定心面的轴、径向跳动（锥孔 误差，mol精度。）
3、电机直接驱动
电机转子轴与主轴制成一体 （图3－53）。
结构简化，提高了刚度，降低 了噪声和振动，有宽的调速范围， 大的输出功率和扭矩。
用于精密机床，高速加工中心， 数控车床。
三、主轴部件结构设计
（一）主轴部件的支承数目 1、前、后两支承（P100 图3-25） 前支承为双列短圆柱滚子轴承, 后为圆锥滚子轴承。 结构简单，制造方便，易保证精 度，需消除间隙和预紧。
3、抗振性
a.概念：抗振性指抵抗受迫振动 和自激振动的能力
冲击力和交变力是由材料硬度不 均匀，加工余量的变化，主轴部件不 平衡，轴承或齿轮存在缺陷以及切削 过程中的颤振引起。
b.影响因素：主轴部件的静刚度， 质量分布及阻尼
4、升温和热变形
主轴部件运转时，因各相对运 动处摩擦生热，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 热变形—引起轴承间隙变化，润滑 油粘度降低，影响主轴工作性能， 降低加工精度。
2、三支承 见图3-24 前后支承为主，中间支承为辅。
前、中支承为主，后支承为辅。 （多采用）
三支承方式对三支承孔的同心 度要求较高，制造装配复杂，乃需 消除间隙和预紧，但不能三个轴承 都预紧，以免干涉。
（二）推力轴承位置配置形式
推力轴承的配置形式影响主 轴轴向刚度和热变形的方向和大 小。
1、前端配置
二、主轴部件的传动方式
分类
齿轮传动 按主轴的转速、传递的 扭矩，运动平稳性
带传动 要求、结构、装卸、维 修要求选取
电机直接驱动
1、齿轮传动
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，线速度不能过高，常小于 12~15m/s，不如带传动平稳。
2、带传动
类型：平带、三角带、多楔带， 同步齿形带（P122图3－52）
两个方向的推力轴承分别布置在前 后两个支承处，这类配置方案当主轴受 热伸长后，影响轴承的轴向间隙，为避 免松动，可用弹簧消除间隙和补偿热膨 胀，用于短主轴，如组合机床。
4、中间配置
两个方向的推力轴承配置在前 支承的后侧，此方案可减少主轴的 悬伸量，使主轴热膨胀后向后伸长， 但前支承结构复杂，温升可能较高。
（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）。
2、刚度
a. 概念：主轴部件的刚度指其 在外载荷作用下抵抗变形的能力。 （以主轴前端产生单位位移的弹性 变形时，在位移方向上施加的作用 力来定义）。
静刚度 作用力是静力引起的 弹性变形 图3－54
b. k j F j / y j
动刚度 作用力是交变力引起的 弹性变形
kd Fd / Yd
c. 影响因素：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。