主轴部件设计概要
机床主轴部件设计

机床主轴部件设计主轴部件是机床重要部件之一。
作为机床的执行件,其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和安装在主轴上的传动件、密封件及定位元件等组成。
对于钻、镗床,主轴部件还包括轴套和镗杆等。
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,是打算机床性能和技术经济指标的重要因素。
一、主轴部件应满意的基本要求(1)旋转精度——主轴的旋转精度是指机床主轴部件装配后,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圆跳动和端面圆跳动。
旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔以及主轴上其他相关零件的制造、装配和调整精度。
(2)刚度——主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下反抗变形的力量,通常以主轴前端部产生一个单位位移的弹性变形时,在位移方向上所施加的作用力的大小来表示。
主轴部件的刚度是综合刚度,它是主轴、轴承和轴承座等刚度的综合反映。
因此,主轴的尺寸和外形,使用轴承的类型、数量、预紧程度和配置形式,传动件的数量及布置方式,以及主轴部件的制造和装配质量等都影响主轴部件的刚度。
(3)抗振性——主轴部件的抗振性是指反抗受迫振动和自激振动而保持平稳运转的力量。
在切削过程中,由于各种因素引起的冲击力和交变力的干扰,使主轴产生振动。
抗振性差,表现为主轴部件工作时易产生振动且振幅较大,降低已加工表面质量和刀具寿命,加速传动件的磨损,诱发加工时的噪声,影响工作环境。
严峻的振动则可破坏刀具或主轴部件正常运转,使加工无法进行。
(4)温升及热变形——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上升,其尺寸、外形及位置发生变化,造成主轴部件的热变形。
主轴热变形可引起轴承间隙变化,温升后会使润滑油粘度降低,这些变化都会影响主轴部件的工作性能,降低加工精度。
(5)精度保持性——主轴部件的精度保持性是指长期地保持其原始制造精度的力量。
立式加工中心主轴部件设计说明

引言装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度,数控技术及装备是发展高新技术产业和尖端工业(如:信息技术及其产业,生物技术及其产业,航空、航天等国防工业产业)的使能技术和最基本的装备。
制造技术和装备是人类生产活动的最基本的生产资料,而数控技术则是当今先进制造技术和装备最核心的技术。
当今世界各国制造业广泛采用数控技术,以提高制造能力和水平,提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。
此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资,不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业,而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。
数控机床技术的发展自1953年美国研制出第一台三坐标方式升降台数控铣床算起,至今已有很多年历史了。
20世纪90年开始,计算机技术及相关的微电子基础工业的高速发展,给数控机床的发展提供了一个良好的平台,使数控机床产业得到了高速的发展。
我国数控技术研究从1958年起步,国产的第一台数控机床是北京第一机床厂生产的三坐标数控铣床。
虽然从时间上看只比国外晚了几年,但由于种种原因,数控机床技术在我国的发展却一直落后于国际水平,到1980年我国的数控机床产量还不到700台。
到90年代,我国的数控机床技术发展才得到了一个较大的提速。
目前,与国外先进水平相比仍存在着较大的差距。
总之,大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。
1 绪论1.1 加工中心的发展状况1.1.1 加工中心的国外发展对于高速加工中心,国外机床在进给驱动上,滚珠丝杠驱动的加工中心快速进给大多在40m/min以上,最高已达到90m/min。
采用直线电机驱动的加工中心已实用化,进给速度可提高到80~100m/min,其应用围不断扩大。
国外高速加工中心主轴转速一般都在12000~25000r/min,由于某些机床采用磁浮轴承和空气静压轴承,预计转速上限可提高到100000r/min。
第3章_典型部件设计(主轴、支承件、导轨)

3.1.4.1 主轴部件主支承常用滚动轴承 (1) 角接触球轴承(向心推力球轴承)
角接触球轴承极限转速较高;可以同时承受 径向和一个轴向的载荷,a越大,可承受的进给力 越大。主轴用的a一般取15o或25o。
传动件放在主轴的后悬伸端,较多用于带传 动,可便于传动带的更换,如磨床。
3.1.3.3 主轴传动件位置的合理布置 (2) 驱动主轴的传动轴位置的合理布置 ★在布置传动轴的位置时,应尽量使传动力
Q与切削力P两者引起的主轴轴端位移和轴承受力 的影响能互相抵消一部分。
3.1.3.4 主轴主要结构参数的确定 主轴的主要结构参数有:
3.1.4.1 主轴部件主支承常用滚动轴承 (1) 角接触球轴承 球轴承为点接触,刚度不高,为提高刚度,
同一支承处可多联组配。 组配方式有三种: 背靠背组合;面对面组合;同向组合。
3.1.4.1 主轴部件主支承常用滚动轴承 (2) 双列短圆柱滚子轴承 特点:内圈有1:12的锥孔,轴向移动内圈可
径向圆跳动
端面圆跳动
3.1.4 主轴滚动轴承
主轴轴承的类型、配置方式、精度、安装、 调整、润滑和冷却等都直接影响主轴部件的工作 性能。
常用主轴轴承有滚动轴承、液体动压轴承, 液体静压轴承、空气静压轴承等。
轴承的轴向承载能力和刚度,由强到弱依次 为:推力球轴承、推力角轴承、圆锥滚子轴承、 角接触球轴承;
以调整轴承的径向间隙和预紧; 轴承的滚子能承受较大的
径向载荷和转速; 轴承由两列滚子交叉排列,
数量较多,因此刚度很高; 不能承受轴向载荷。
3.1.4.1 主轴部件主支承常用滚动轴承 (3) 圆锥滚子轴承 特点:刚度和承载能力大,既可承受径向力,
机床主轴设计范文

机床主轴设计范文机床主轴是机床的核心零件,它负责驱动刀具进行加工作业。
主轴的设计关乎机床的运行效率、加工精度和寿命等方面。
本文将从主轴的选材、结构设计、动力系统和附件等方面,详细介绍机床主轴的设计。
1.选材主轴的选材是保证其性能和寿命的关键。
首先要选择具有足够强度和硬度的材料,能够承受高速旋转、大径向载荷和轴向载荷的同时不发生变形和破坏。
常见的主轴材料有优质合金钢、优质碳素结构钢和铸铁等。
其次,考虑到机床主轴的质量平衡问题,在选材时要注意对称性和均匀性,以减小动平衡对主轴的影响。
2.结构设计机床主轴的结构设计应该考虑到其承受的载荷和转速,同时要保证刚度和稳定性。
常见的主轴结构有支撑式主轴和主轴箱式主轴。
支撑式主轴通过各种轴承和支撑装置实现轴向支撑和径向支撑,具有结构简单、承受能力大的优点。
主轴箱式主轴将主轴箱和主轴一体化设计,结构更加紧凑,能够大大提高主轴的刚度和稳定性。
3.动力系统机床主轴的动力系统包括驱动器和电机。
驱动器一般选用变速器,可根据加工要求和工件材料的不同选择不同的速度档位。
电机选用的主要考虑因素有功率、转速范围和转矩要求。
一般使用交流伺服电机、电涡流电机或直流电机作为主轴的驱动电机。
4.附件机床主轴通常需要配备一些附件以实现特定的加工要求。
例如,主轴可能需要装配刀库,用于刀具的自动换刀;也可能需要装配冷却液系统,用于对切削区域进行冷却和润滑;还可能需要装配自动夹具,用于自动夹紧工件。
这些附件的设计需要充分考虑主轴结构的特点和工艺要求,以确保其功能正常和可靠。
总之,机床主轴的设计是机床设计中非常重要的一环。
通过合理的选材、结构设计、动力系统和附件的选择和配置,可以提高机床的运行效率、加工精度和寿命。
在实际应用中,还要注意对主轴进行定期的检查和维护,以保证其正常工作。
立式数控铣床主轴部件的设计

主轴悬伸量的大小往往受结构限制,主要取决于主轴端部 的结构型式及尺寸、刀具或夹具的安装方式、前轴承的类 型及配置、润滑与密封装置的结构尺寸等。
主轴的主要尺寸参数包括:主轴直径、内孔直径、悬伸长度和支撑跨距 。评价和考虑主轴的主要尺寸参数的依据使主轴的刚度、结构工艺性和 主轴组件的工艺适应范围。
明德 砺志 博学 笃行
u主轴的耐磨性
主轴组件必须有足够的耐磨性,以便长期保持精度。 主轴上易磨损的地方是刀具或工件的安装部位以及移动式 主轴的工作部位。为了提高耐磨性,主轴的上述部位应该 淬硬,或者经过氮化处理,以提高硬度增加耐磨性。主轴 轴承也需要有良好的润滑,提高其耐磨性。
一、主轴组件的设计要求
u回转精度
主轴组件的回转精度,是指主轴的回转精度。当主轴做回转运动 时,线速度为零的点的连线称为主轴的回转中心线。回转中 心线的空间位置,每一瞬间都是变化的。这些瞬间回转中心线 的平均空单位转移不为理想回转中心线,理想回转中心线在空间 位置的距离,就是主轴的回转误差,而回转误差的范围,就是 主轴的回转精度。纯向误差、角度误差和轴向误差,它们很 少单独存在。当径向误差和角度误差同时存在构成径向跳动, 而轴向误差和角度误差同时存在构成端面跳动。
根据上式可绘制出主轴孔径对主轴刚度影响曲线,如图4-1
空 / 实
D—主轴平均直径
d—主轴平均孔径
K空—直径为D实心主轴刚度 , K实 —直径为D,孔径为d的空心轴的刚度。
明德 砺志 博学 笃行
由图4-1知:当d/D≤0.5时,内孔d对主轴刚度几乎无影响, 通常取孔径d的极限值<0.7D。此时I空>0.75I实,即刚度消 弱量小于25%,若孔径再大主轴刚度急剧下降,一般铣床主轴孔 径d可比刀具拉杆直径大5~10mm。
机械制造装备设计-机床典型部件设计

3.1 主轴部件设计
角接触球轴承: 图3.11所示为角接触球轴
承,这种轴承既可承受径向 载荷,又可承受轴向载荷。 接触角常见的有α=15°和 α=25°两种。15°接触角 多用于轴向载荷较小,转速 较高的地方,如磨床主轴; 25°的多用于轴向载荷较大 的地方,如车床和加工中心 主轴。
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3.1 主轴部件设计
机械制造装备设计
第3章 机床典型部件设计
本章分三个小节: 3.1 主轴部件设计 3.2 支承件设计 3.3 导轨设计
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3.1 主轴部件设计 主轴组件式机床的执行件,它由主轴、轴承、传
动件和密封件等组成。它的功用是支承并带动工件刀 具,完成表面成形运动,同时还起传递运动和转矩, 承受切削力和驱动力的作用。
❖ 铝合金 铝合金的密度只有铁的1/3,有些铝合金还可以
通过热处理进行强化,提高铝合金的力学性能。
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3.1 主轴部件设计
双向推力角接触球轴承: 图3.10所示为双向推力角接触球轴承。型号为
234400,接触角60°,它由外圈、左右内圈、左右两 列滚珠及保持架、隔套所组成。修磨隔套的厚度就能 消除间隙和预紧。
滚动体直径小,极限转速高; 外圆和箱体孔为间隙配合,安 装方便,且不承受径向载荷; 常与双列圆柱滚子轴承配套使 用,能承受双向轴向载荷,用 于主轴部件的前支承。
❖ 主轴部件结构参数的确定 主轴的结构参数主要包括主轴的平均直径D(或前
轴颈)、内孔直径d(对于空心主轴而言)、前端的悬 伸量a及主轴的支承跨距L等。
一般步骤: (1)首先确定前轴颈D (2)然后确定内径d和主轴前端的悬伸量a (3)最后再根据D、a和主轴前支承的刚度确定支 承跨距L
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3.1 主轴部件设计 (1) 主轴直径的确定 主轴平均直径D的增大能大大提高主轴的刚度,而 且还能增大孔径,但也会使主轴上的传动件(特别是 起升速作用的小齿轮)和轴承的径向尺寸加大。主轴 直径D应在合理的范围内尽量选大些,达到既满足刚 度要求,又使结构紧凑。 主轴前轴颈直径D1可根据机床主电动机功率或机 床主参数来确定。
第9章 主轴组件设计

2 .60°接触角双向推力向心球轴承 这种轴承的优点是制造精度高, 这种轴承的优点是制造精度高, 允许转速高,温升较低, 允许转速高,温升较低,抗振性高 于推力球轴承8000型,装配调整简 型 于推力球轴承 单,精度稳定可靠。与双列圆柱滚 精度稳定可靠。 子轴承相配套,用于承受轴向载荷。 子轴承相配套,用于承受轴向载荷。 3.单列圆锥滚子轴承 普通单列圆锥滚子轴承(7000型),能同时承受径向和轴向载荷, 普通单列圆锥滚子轴承(7000型),能同时承受径向和轴向载荷,承载 能同时承受径向和轴向载荷 能力和刚度较高,价格便宜,支承简单,间隙调整方便。可用于中速、中载、 能力和刚度较高,价格便宜,支承简单,间隙调整方便。可用于中速、中载、 一般精度的主轴组件。 一般精度的主轴组件。 4.双列圆锥滚子轴承 通双列圆锥滚子轴承(2697100型 通双列圆锥滚子轴承(2697100型)能够同时承受径向载荷和双向轴向载 承载能力、刚度及抗振能力较高,适用于中速、径向载荷大, 荷,承载能力、刚度及抗振能力较高,适用于中速、径向载荷大,轴向载荷 中等、一般精度的机床主轴组件。 中等、一般精度的机床主轴组件。 此外,角接触球轴承、单向推力球轴承、滚针轴承及滚锥轴承等, 此外,角接触球轴承、单向推力球轴承、滚针轴承及滚锥轴承等,可根 据结构选取。 据结构选取。
∆α 端面跳动∆α 轴向窜动∆o ∆r 径向跳动∆r ∆o
2.刚度 刚度:是指其在外界载荷的作用下抵抗变形的能力。 刚度:是指其在外界载荷的作用下抵抗变形的能力。通常以主轴前端产 生单位弹性变形时,在变形方向上所加的作用力的大小来表示, 生单位弹性变形时,在变形方向上所加的作用力的大小来表示, 比值越大,说明刚度越好。 比值越大,说明刚度越好。如图所示 F/ 微米) K= F/δ(牛/微米)
CK6140数控车床主轴部件设计

摘要本设计是以CK6140数控车床主轴部件为主要内容。
讲述了数控机床的结构设计要求:提高机床的结构刚度,提高机床结构的抗振性,以及减少机床的热变形。
主要设计主轴的前端轴径的大小和形状、主轴跨距的计算及前后支撑的类型和轴承的选用。
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,在设计的过程中为主要考虑对象。
关键词:主轴回转精度;轴承精度;最优跨距;前端悬伸量目录绪论 (1)一、主轴的用途及设计要求 (2)二、有关零件的分析 (5)(一)零件的结构特点 (5)(二)加工工艺性 (6)三、基准的选择 (7)(一)有关基准的选择说明 (7)(二)确定零件的定位基准 (8)四、轴类零件的材料、毛坯及热处理 (9)(一)轴类零件的材料 (9)(二)轴类毛坯 (9)(三)轴类零件的热处理 (9)五、制定加工工艺路线 (10)(一)主轴加工工艺过程分析 (10)(二)工艺路线的拟定 (11)(三)车床主轴机械加工工艺过程卡 (14)(四)加工余量的确定 (15)六、轴类零件的检验 (17)(一)加工中的检验 (17)(二)加工后的检验 (17)结论 (18)参考文献 (19)致谢 (20)绪论机床技术参数有主参数和基本参数,他们是运动传动和结构设计的依据,影响到机床是否满足所需要的基本功能要求,参数拟定就是机床性能设计。
主参数是直接反映机床的加工能力、决定和影响其他基本参数的依据,如车床的最大加工直径,一般在设计题目中给定,基本参数是一些加工尺寸、机床结构、运动和动力特性有关的参数,可归纳为尺寸参数和动力参数。
通用车床工艺范围广,所加工的工件形状、尺寸和材料各不相同,有粗加工又有精加工;用硬质合金刀具有用高速钢刀具。
因此必须对所设计的机床工艺范围和使用情况全面的调研和统计,依据某些典型工艺和加工对象,兼顾其他的可能工艺加工的要求,拟定机床技术参数,拟定参数时,要考虑机床发展趋势和同国内外类机床的对比,使拟定的参数最大限度地适应各种不同的工艺要求和达到机床加工能力下经济合理。
机械制造装备设计介绍第三章主轴组件设计介绍

主轴组件设计 滚动轴承
3.轴承的精度选择 轴承的精度,应采用P2、P4、P5级和SP、UP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。
主轴组件设计
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,
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
主轴组件设计 主轴精度
轴承精度 公差名称 直径φ公差
圆度t、圆柱度t1
倾斜度t2 跳动t3 同轴度t4 Ra D、d≤80
D、d≤250
P5
P4 (SP)
Js5 或 k5
Js4
P2 (UP)
Js3
P5
Js5① H5②
P4 (SP) Js5① H5②
P2 (UP) Js4① H4②
IT3/2 IT2/2 IT1/2 IT3/2 IT2/2 IT1/2
主轴组件设计 滚动轴承
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;
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
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。
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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。
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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。
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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。
主轴部件设计

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。
轴向跳动影响因素: 轴承支承 端面,轴肩的垂直度,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。)
§3.6 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。
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前轴承的配置特点是:外侧的 两个角接触轴承大口朝向主轴工作 端,承受主要方向的轴向力;第三 个角接触则通过轴套与外侧的两个 轴承背靠背配置,使三联角接触轴 承有一个较大支承跨,以提高承受 颠覆力矩的刚度。 用于要求径向刚度好,有较 高转速的机床。
(三)滚动轴承精度等级的选择 主轴轴承中,前、后轴承的精度 对主轴旋转精度的影响是不同的。 1、前轴承轴心有偏移 a ,后轴 承偏移量为0,由偏移量 a 引起的主 La 轴端轴心偏移为: a1 a L
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。
2、刚度型 图3-64b 前支承采用双列短圆柱滚子 轴承受径向载荷和 60°角接触双 列向心推力球轴承承受轴向载荷, 后支承采用双列短圆柱滚子轴承, 用于中等转速和切削负载较大, 要求刚度高的机床,如数控车床, 镗削单元。
3、刚度速度型 图3-64c 前轴承采用三联角接触球轴承, 后支承采用双列短圆柱滚子轴承, 动力从后端传入,后轴承要承受较 大的传动力,所以采用双列短圆柱 滚子轴承。
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
尺寸公差、形位公差、表面粗 糙度、表面硬度。图3-57 (莫氏锥度是一个锥度的国际 标准,用于静配合以精确定位。由 于锥度很小,可以传递一定的扭距, 又因为有锥度,又便于拆卸 )
四、主轴滚动轴承 (一)主轴部件主支承常用滚 动轴承 角接触轴承 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
(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。
③弹簧预紧:数个弹簧四周匀布, 可控制预加载荷基本不变,磨损后 自动补偿间隙,效果较好。
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。 轴向跳动影响因素:轴承支承 端面,轴肩的垂直度,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。)
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)。
2、主轴材料和热处理(P125 表3-11) 主轴的材料应根据载荷特点,耐磨性 要求、热处理方法及热处理变形情况选择。 ①普通机床用中碳钢(45钢),调质 处理后,在主轴端部、锥孔、定心轴颈或 定心锥面部位局部高频淬火,提高耐磨性。 ②精密机床、大载荷机床用合金钢, 轴承的轴肩淬火,提高耐磨性。
3、主轴的技术要求 设计要求、工艺要求、检验要 求
§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。 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。
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)
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。
1 、双列短圆柱滚子轴承预紧 (不要求调心) 方法一:螺母轴向移动轴承内 圈,因内圈是1:12的锥孔,使内圈 径向胀大,而实现预紧。 方法二:图3-66用调整环的长 度实现预紧,采用过盈套进行轴向 固定。过盈套也称阶梯套,即将过 盈配合的轴,孔制成直径尺寸略有 差别的两段。图3-72
轴径为 d2=d1-S1 孔径D1=D2+S2 装配时,两段全为过盈配合。用过盈套紧 紧将轴承固定在主轴上。
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、Fra bibliotek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。
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。)
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
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。
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℃
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
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
a
δb1 b a
δb2
δb
后轴承
L
前轴承
a
300
主轴端 加工处
显然,前支承的精度比后支承 对主轴部件的旋转度影响大,故前 轴承的精度比后轴承的精度高一级。
3、前、后轴承的偏移方向放在 同一侧,且后轴承的偏移量适当地 比前轴承的大,可使主轴的端部都 偏移量为0。
δb b L 后轴承 前轴承 δa a a 300 加工处 δΣ1 δΣ2
(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)。
(二)几种典型的主轴轴承配置 形式 1、速度型 图3-64a
主轴前后轴承都采用角接触球 轴承(两联或三联),当轴向切削 分力较大时,选 25°的球轴承,轴 向切削分力较小时,选 15°球轴承 在相同的工作条件下,前者的轴向 刚度比后者大一倍。 角接触球轴承具有良好的高速 性能,但承载力较小,适用于高速 轻载或精密机床,如高速镗削单元, 高速CNC车床。
主轴端
4、主轴轴承精度选择 见P134 表3-15
(四)主轴滚动轴承的预紧 预紧目的: 提高主轴部件的旋 转精度、刚度、抗振性 预紧方法: 采用加载荷的方法, 消除轴承间隙,且有一定的过盈量, 使滚动体和内、外圈接触部分产生 预变形,增加接触面积,提高支承 刚度和抗振性。
分类: 轴向预紧 径向预紧 预紧力 轻预紧 代号A 用于高速主轴 (三级) 中预紧 代号B 用于中、低速 主轴 重预紧 代号C 用于分度主轴
a=(L+a):L)。 ( a1 :
δa b L 后轴承 前轴承
δa1
δa2
a
300
a1
主轴端
加工处
a =(L+a):L) ( a1 :
a1
La a L
2、后轴承偏移 b,前轴承偏 移为0,主轴端部的偏移为:
a b1 b L
tg
b
L
b1
b. k j F j / y j 动刚度 作用力是交变力引起的 弹性变形