主轴组件设计资料(全)知识讲解
第5章 主轴组件设计
第5章 主轴组件设计
5.2.4 主轴主要精度指标 主轴的精度直接影响到主轴组件的旋转精度。主轴设计的技 术要求主要包括主轴各配合表面的尺寸公差、形位公差、表面粗 糙度、表面硬度等内容，并应在主轴零件图上标注准确、合理。 ① 前支承轴承轴颈的同轴度约5μm左右。
② 轴承轴颈需按轴承内孔―实际尺寸‖配磨，过盈量为1~5μm。
③ 锥孔与轴承轴颈的同轴度为3~5μm，与锥面的接触面积不小于 80%，且大端接触较好。 ④ 装NN3000K 型调心圆柱滚子轴承的1:12锥面，与轴承内圈接 触面积不小于85%。
第5章 主轴组件设计
5.3 主轴内部刀具自动夹紧机构
加工中心主轴系统应具备自动松开和夹紧刀具功能。刀具自动夹紧
机构安装在主轴内部，刀柄l由卡爪2夹持，碟形弹簧5通过拉杆4、卡爪2， 在内套3的作用下将刀柄拉钉拉紧。换刀时，要求松开刀柄，此时将主 轴上端汽缸的上腔通压缩空气，活塞7带动压杆8及拉杆4向下移动，同 时压缩碟形弹簧5，当拉杆4下移到使抓刀爪2的下端移出内套3时，卡爪
作性能。常用的主轴轴承有滚动轴承和滑动轴承。
第5章 主轴组件设计
相对于滑动轴承，滚动轴承有以下优点：
在转速和载荷变化很大的情况下滚动轴承仍能稳定工作，而动压滑动
轴承在低速时难以形成具有足够压力的油膜； 滚动轴承能在零间隙，甚至负间隙（预紧到有一定过盈量）的条件下 工作，对提高旋转精度和刚度有利，而滑动轴承则必须有一定间隙才能 正常工作； 滚动摩擦系数小，发热少； 滚动轴承容易润滑，可以用脂润滑，装填一次用到修理时才更换，若 用油时所需油量也远比滑动轴承小；
用于刀具的周向定位。
第5章 主轴组件设计
a)车床；b)铣床和加工中心；c)外圆磨床；d)内圆磨床； e)钻、镗床；f)组合机床 主轴端部结构
第五章主轴组件设计
3．抗振性
主轴组件的抗振性是指机器工作时主 轴组件抵抗振动、保持主轴平稳运转 的能力。 主轴组件的振动会影响工件的表面质 量、刀具的耐用度和主轴轴承的寿命， 还会产生噪声而影响工作环境。
主轴组件的热变形是指机器工作时，因 各相对运动处的摩擦和搅油等耗损而发 热造成的温差，使主轴组件在形状和位 置上产生的畸变。 热变形可在主轴组件运转一段时间后因 发热而造成的各部分位置变化来度量， 也可以用温升近似地表示。 主轴组件的热变形会使主轴伸长，使轴 承的间隙发生变化，轴心位置偏移等； 润滑油温度升高后，使黏度下降，从而 降低轴承的承载能力。
3.双列圆锥滚子轴承
有一个公用外圈和两个内圈，外圈的凸 肩靠住箱体或主轴套筒的端面，实现轴 向定位，用法兰压紧另一端面。凸肩上 还有缺口，插入螺钉防止外圈转动。修 磨中间隔套可以调整间隙或预紧。 既可承受径向载荷，又可承受双向轴向 载荷，承载能力和刚度都较大，并且结 构简单，适用于中低速、中等以上载荷 的主轴组件前支承
1．旋转精度
主轴组件的旋转精度是指专机在空载低 速转动时，在主轴前端定位面上测得的 径向圆跳动、端面圆跳动和轴向窜动值 的大小。 主轴组件的旋转精度是在静态无载条件 下测出的。如果在工作条件下，则旋转 精度就会有所不同，这种精度称为运动 精度，是动态的旋转精度。
主轴组件的旋转精度
轴承精度和间隙 与轴承相配合零件（箱体、主轴本身） 的精度 轴承安装、调整 主轴转速 轴承组合设计 轴承的性能
机械制造装备设计
第3节 主轴组件设 计
3.1主轴组件的基本要求 3.2主轴轴承的选择与配置
主轴组件设计资料2
数控机床的主传动系统2 本word文档包含以下内容（大量图及文字）：主传动系统方案的选择确定主轴组件设计计算一、主轴组件设计要求二、主轴组件结构尺寸及材料确定主轴前后直径d 1、d2的确定主轴内孔直径d的确定主轴悬伸量a的确定主轴轴承支撑跨距L的确定主轴端部结构尺寸的确定主轴材料选择三、主轴组件轴承选择设计计算（一）主轴组件轴承类型的选择（二）主轴组件轴承配置的选择（三）主轴组件轴承的精度（四）主轴组件轴承的润滑与密封（五）主轴组件轴承预紧和间隙调整第一节主轴组件内容：对主轴部件的基本要求；主轴滚动轴承、滑动轴承的选择设计；主轴的结构设计；典型主轴部件的分析。
要求：掌握主轴部件的设计方法、能力。
1机床主轴：机床在加工时直接带动刀具或工件进行切削和表面成形运动的旋转轴。
主轴组件的组成：主轴、轴承、传动件(如齿轮、带轮)和固定件(如螺母)等主轴组件的功用支承并带动工件或刀具，完成表面成形运动；传递运动和转矩；承受切削力和驱动力等载荷。
主轴组件夹持着工件（车床）或刀具（钻床、镗床、铣床、磨床）直接参加表面成形运动，因此它的回转轴心线位置必须准确、稳定，以保证一定的加工精度和表面粗糙度。
它的工作性能对加工质量和机床生产率有重要的影响。
一、对主轴组件的基本要求旋转精度静刚度抗振性温升和热变形耐磨性1、旋转精度旋转精度：指装配后，在无载荷、低速转动的条件下，主轴安装工件或刀具部位的径向跳动、轴向跳动、轴向窜动。
影响旋转精度的因素：各主要件(主轴、轴承、壳体孔等)的制造、装配和调整精度。
各类通用机床主轴部件的旋转精度已在机床精度标准中作出规定，专用机床主轴部件的旋转精度则根据工件精度要求确定。
工作转速下旋转的精度（运动精度）（1）通常讲的旋转精度是在无载荷、低速转动的条件下。
（2）当主轴以工作转速旋转时，由于润滑油膜的产生和不平衡力的扰动，旋转精度将有所变化。
这个差异，对于精密和高精度机床，是不可忽略的。
（3）工作转速下旋转的精度，影响因素还有：主轴的转速、轴承的性能、润滑、主轴部件的动态特性。
第四章 第二部分 主轴组件(浙大)解析
径向预紧 42
方法：径向间隙的消除方法
在锥面上轴向移动-薄壁胀大-径向间隙消除
43
内外圈相对移动－－错位－－消除轴向和径向间隙 44
45
轴向预紧
内外圈相对移动-------错位------消除径向和轴向间隙 预紧
通常，轻预紧用于高速主轴；中预紧用于中、低速主轴； 重预紧用于分度主轴。 46
71
2．主轴组件计算时支承的简化
当L＞d时，0.5d≥a≥（0.25～0.35）L ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱL/d＜1时，a=L/2
72
3．受弯主轴的刚度计算
三、主轴的技术要求（以车床主轴为例）
34
1)轴颈A和B的同轴度 Ø 0.01 2)轴颈A和B的圆度 A＝0．003，B＝0．0025 3)莫氏锥孔和A、B面用涂色法检查接触≥70％ 4)莫氏锥孔对轴颈A、B的径向圆跳动
近轴端 0.005 300㎜处 0.010 5)短锥C对轴颈A、B的径向圆跳动 0.005 6)端面D对轴颈A、B的端面圆跳动 0.010
18
3．双向推力角接触球轴承
用于承受轴向载荷，不承受径向载荷 19
滚动轴承
法国Gamet
20
动压轴承 21
静压轴承 22
磁力（磁悬浮）轴承 23
三、精度
主轴轴承的精度：P2（旧B）、P4（旧C）、P5 （旧 D）、 P6（旧E）、 P0（旧G）六级，又规定了SP级和 UP级作为补充。
1. 前、后轴承的精度对主轴旋转精度的影响是不同的。
三、主轴最佳跨距的选择
假设轴承为刚性支承，主轴为弹性体。
(a)
根据材料力学挠度计算公式：
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）
08_主轴组件
2.适应转速的要求
极限转速（高→低）
径向：球轴承、滚柱轴承、滚锥轴承。 轴向：向心推力球轴承、推力球轴承、滚锥轴承。
同一类型的轴承 规格↓精度↑极限转速↑
综上，选择轴承，应综合考虑承载能力和极限转速。
4.旋转精度高，油膜的刚度，可以是动压轴承油膜
的8倍。
缺点：
1.需要一套专门的供油系统，油液的清洁度要求高。
2.油液需要冷却，以免温升过高。 3.对启动、停车及断电需要有专门的保护装置。
静压轴承的工作原理
pr=ps-ΔpG
p入 →
→ p出
容积式节流器 ΔpG= p入- p出
ΔpG ∝Q
Q~流量
一、常用的主轴滚动轴承的类型
除一般的滚柱、滚锥、滚针轴承、向心推力球、推力 球轴承外，还有几种主轴滚动轴承。
二、滚动轴承的间隙调整和预紧
作用：提高主轴组件工作性能，提高轴承的使用寿命
预紧力：20～30%工作载荷
间隙调整的原理
使轴承内、外圈产生相对位移，并保持在调整好的位 置上。
调整的具体结构举例。
y具有最小值，对应有L合理 当L>L合理，主要必须提高主轴刚 性。 当L<L合理，主要必须提高支承的 刚性。
影响旋转精度的因素
（1）轴承精度和间隙的影响。 （2）主轴、支承座等零件中精度的影响。
2.刚度
主轴组件的刚度～在外载荷作用下抵抗变形的能力。
K=F/y (N/μm)
主轴组件的刚度直接影响加工精度。
设计中应尽可能提高刚度，从布局、结构尺寸等 方面综合考虑。
主轴组件设计资料(全)PPT课件
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精度保持性
• 主轴系统必须有足够的耐磨性，以便能长期 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，以提高其硬度增加耐磨 性。主轴轴承也需有良好的润滑，提高其耐 磨性。
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角接触球轴承
角 接 触 球 轴 承 的 组 配
(a)背靠背, (b)面对面,（c）同向组配(d)三联组配
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角接触球轴承
• 两个轴承都能共同承受径向载荷。背靠背和面对面组配都能承 受双向轴向载荷；同向组配则只能承受单向轴向载荷。背靠背 与面对面组配相比，支承点（接触线与轴线的交点）间的距离 AB，前者比后者大，因而能产生一个较大的抗弯力矩，即支承 刚度较大。运转时，轴承外圈的散热条件比内圈好，因此，内 圈的温度将高于外圈，径向膨胀的结果将使轴承的过盈加大。 轴向膨胀对背靠背组配将使过盈减小，可以补偿一部分径向膨 胀，而对于面对面组配，将使过盈进一步增加。基于以上分析， 主轴受有弯矩，又属高速运转，则主轴轴承必须采用背靠背组 配。
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双列短圆柱滚子轴承
双列圆柱滚子轴承
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NN3000K（旧标准3182100)型轴承 NNU4900K（旧标准4482900)型轴承。两排直径和 长度相等的短圆柱滚子交错排列，滚子数量为50～ 60个，载荷均布。 区别：滚道环槽的位置不同。滚道环槽开在内圈上， 工艺性好，但调整间隙时易使内圈滚道畸变。滚道 环槽开在外圈上，调整间隙时内圈滚道不会发生畸 变，但工艺性复杂，不适于小规格的轴承。
第3章 主轴组件设计[4页]
![第3章 主轴组件设计[4页]](https://img.taocdn.com/s3/m/4ffea44ba9956bec0975f46527d3240c8447a140.png)
第3章主轴组件设计3.1 主轴组件的基本要求是什么？它们对加工精度有何影响？答：1) 旋转精度: 瞬时旋转中心线相对于理想旋转中心线在空间位置上的偏差，，其范围就为主轴的旋转精度，主轴组件的旋转精度是指专机在空载低速转动时，在主轴前端定位面上的测得的径向圆跳动、端面圆跳动和轴向窜动值的大小。
2) 静刚度: 是指在外加载荷作用下抵抗变形的能力。
3) 抗振性: 是指机器工作时主轴组件抵抗振动、保持主轴平稳运转的能力。
4) 热变形: 是指机器工作时，因各相对运动处的摩擦和搅油等耗损而发热造成的温差，使主轴组件在形状和位置上产生的畸变。
5) 耐磨性: 是指长期地保持其原始制造精度的能力，即精度的保持性。
由于各类机械装备的工艺特点的不同，主轴组件所传递的转速、承受的工作载荷等工作条件各异，故对主轴组件的要求也各有侧重，决不能强求一律。
3.2 主轴的轴向定位有几种？各有什么特点，适用何种场合？答：主轴的轴向定位，主要由推力轴承来实现。
推力轴承的配置型式有三种：1) 前端定位推力轴承安排在前支承处。
主轴发热后向后伸长，轴前端的轴向精度较高，但前支承结构复杂（表3.3序号1、2和5）。
2) 后端定位推力轴承安排在后支承处。
主轴受热后向前伸长，影响轴前端的轴向位置精度和刚度，但这种结构便于轴承间隙调整（表3.3序号3）.3) 两端定位推力轴承分别安排在前后支承处。
支承结构简单，发热量小，但主轴受热，产生变形，会改变轴承间隙，影响主轴的旋转精度（表3.3序号4、7和8）。
3.3 选择主轴材料的依据是什么？答：主轴材料的选择应根据耐磨性和热处理后变形的大小等来考虑。
因此，无需从强度、刚度角度来考虑主轴材料的选择。
3.4 为什么数控车床的前轴承常采用三联轴承组合，如何布置？为什么？答：如图3.9f所示。
数控车床主轴的前支承常采用三联轴承组合安装，即前两轴承为同向组合，接触线朝前（大口朝外），后轴承与之背靠背（反装），则支承点应在前面第一个轴承的接触线与轴线交点处，这样可以增加主轴的前支承支承宽度，缩短主轴前端悬伸量a。
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
机床主轴组件设计介绍
主轴组件基本要求
■ 旋转精度 ■ 刚度 ■ 抗振性 ■ 热稳定性 ■ 耐磨性
主轴组件基本要求
■ 旋转精度 ■ 刚度 ■ 抗振性 ■ 热稳定性 ■ 耐磨性
径向跳动 轴向跳动
冲击力，交变力 硬度不均匀 加工余量变化 静刚度、质量分布 、阻尼 评价指标 低阶固有频率与振型
主轴组件基本要求
■ 旋转精度 ■ 刚度 ■ 抗振性 ■ 热稳定性 ■ 耐磨性
· 外径—D0 ·孔径— d ·悬伸量— a ·支撑跨距— L
重点掌握
■ 主轴组件的组成及功能 ■ 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 ■ 主轴结构尺寸计算
需要主轴具有分度运动功能
C轴功能示意
C轴传动系统
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、传动件和定 位件等部分组成。
■ 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； 同时承受切削力和传动力等载荷。
构要求
■ 传动件布置
数控铣床主轴箱
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
角接触球轴承
双列圆柱滚子轴承
双向推力角接触球轴承
■ 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
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。
主轴组件的计算资料重点
1.25-2.5 ＞2.5
4．主轴合理跨距的选择
➢图4-30所示
➢主轴轴端受力下作用后，其轴端的弹性变 形y由y1 、y2 两部分组成。
（1）刚性支承上弹性主轴端部的位移y1
➢假设支承为刚体，主轴弹性变形引起的主
轴轴端位移y1 ,按两支点梁的挠度公式计算
：
y1
Fa 3 3EI
L a
1
➢当主轴平均直径为D，内孔直径d时，主轴 截面的平均惯性矩 I=π（D4 -d4)／64；E 为弹性模量, E=2.1×105N／mm2左右
a
2
L
2a L
1
式中RA
F 1
a L
，RB
F
a L
因将LaFya此1式（A33FK5FE）aA I代31入La式La，（3B14）KF得BaL
）Ky得2B L
F KA
1
a L
2
F KB
a L
2
F KA
1
KA KB
a L
2
2a L
1
F KA
区域I: 中等转速、中等以上载荷
区域II: 中等以上转速、中等以下载荷及 三支承主轴
D1根据机床主电动机功率确定
区域I: 中等转速、中等以上载荷
区域II: 中等以上转速、中等以下载荷及 三支承主轴
D1根据机床主参数确定
➢表 所示为普通车床主轴前轴颈直径D1和主 参数最大加工直径Dmax的关系。
Dmax 200～250 315～400
冷却管等
2.大型、重型机床的空心主轴，减轻重量
➢确定d的原则：在满足对空心主轴孔径的要 求和最小壁厚要求以及不削弱主轴刚度的 要求下尽量取大些。
立式数控铣床主轴部件的设计PPT课件
主电机传来的运 动由齿轮⑭经双键， 套筒（23）和双键 带动主轴转动。齿 轮⑭安装在套筒 （23）上，而且套 筒（23）由一对向 心球轴承支承在箱 体上，使主轴得到 卸荷（即主轴只传 递扭矩），这样减 少了主轴变形，提 高了主轴工作性能。
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。
接触角为 90°，因此承受轴向力能力高，但允许极限转速低，且容易发热。
XK5040立式铣床就是用的双列圆柱滚 子轴承、双向推力角接触球轴承及角接 触球轴承
二、轴承配置
轴承配置是根据机床用途、主轴的工作条件（载荷大小及方向、 转速等）以及所要求的工作性能来确定的。
对于铣床主轴轴承，主张采用两支点配置，两支点结构简单、制 造方便、经济效果好，但要求主轴单件应有足够的刚度。三支点主轴 工艺性差， 三孔同轴度很难保证，主轴温升也高，在刚度允许的情 况下尽可能不采用三支点结构。如果主轴刚度不足可采用两支点为主 要支承，第三点为辅助支承，辅助支承可放在中间或后边，采用这种 结构要求有较大的游隙，一般在 0.03~0.07 之间，只有当载荷较大 主轴产生弯曲时辅助支承才起作用，这样可以弥补主轴刚度不足，也 可以减少温升。
主轴悬伸量a
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。
主轴抗振性
主轴组件的抗振性是指切削加工时，主轴保持平稳的 运转而不发生振动的能力。主轴组件抗振性及在必要时 安装阻尼（消振）器。另外，使主轴固有频率远远大于激 振力的频率。
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• 旋转精度主要取决于主轴及其轴承的制造、装配、调整的精度；运动 状态下的旋转精度取决于主轴的工作速度、轴承性能和主轴部件的平 衡等因素。
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静态刚度
• 主轴组件的静态刚度是指受外力作用时，主轴组件抵抗变形的能力， 又分为抗弯和扭转两种刚度。数控机床多采用抗弯刚度作为衡量主 轴组件刚度的指标。通常以主轴前端产生单位位移时，在位移方向 上所施加的作用力大小来表示。
主轴刚度K=F/Y(N/Km)
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抗振性
• 抗振性包括抵抗受迫振动的能力和抵抗自激振动的能力。 有时也把抵抗受迫振动的能力称为动刚度，此时，抗振性 仅指抵抗自激振动的能力。若主轴组件抗振性差，工作时 容易产生振动，不仅降低加工质量，而且限制了机床生产 率的提高，使刀具耐用度下降。
（3）两端定位：用于短 主轴或轴向间隙变化不影 响工作的机床，如钻床、 组合机床等。
五、主轴主要尺寸参数的确定（略）
主轴部件设计
• 基本要求
– 旋转精度和运动精度 – 刚度 – 抗振性 – 温升和热变形(热稳定性 ) – 精度保持性
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旋转精度和运动精度
• 旋转精度:指装配后的部件在无载或低速转动条件下，主轴前端工作部 位的径向跳动、端面跳动和轴向窜动的大小。主轴组件的旋转精度直 接影响机床的加工精度。
应采用P2、P4、P5级和SP、UP级
（3）前轴承的精度对
主轴的影响较大，前轴
承的精度应比后轴承高
一级
2
a l
b
1 (1 al )a
1 (1 al )a
二、主轴滚动轴承（续）
4、轴承刚度
滚动轴承的刚度随载荷的增加而增大。 线接触轴承的刚度可忽略预紧载荷；点接触 轴承，计算刚度时应考虑预紧力。
三、主轴
• 提高主轴组件热稳定性的主要措施是减少发热、加快散热、 隔离热源以及采用尽可能合理的结构设计，以使热变形能 得到补偿和对加工的影响最小。
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精度保持性
• 主轴系统必须有足够的耐磨性，以便能长期 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，以提高其硬度增加耐磨 性。主轴轴承也需有良好的润滑，提高其耐 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。
1、结构及材质选择
结构：空心阶梯轴 材料：淬火钢或渗碳淬火钢，高频淬硬。
2、技术要求(略)
三、主轴
2、技术要求
四、主轴组件
1、传动方式
（1）带 传 动：结构简单，中心距调整方便， 噪声低，平稳，适于高速。（V带、多楔带和 同步带）
（2）齿轮传动：传递大扭矩，结构紧凑，适合 于变速传动。
（3）电机直接驱动：异步电机+连轴器、变频 调速电机、电主轴等形式。
• 电动机直接驱动方式
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电动机直接驱动方式
高速内圆磨床电主轴
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主轴部件结构设计
推 力 轴 承 位 置 配 置 型 式
a)前端配置b)中间配置c）后端配置d), e)两端配置
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推力轴承位置配置型式
• 前端配置 前支承处轴承较多，发热大，温升高；但主轴受热后向后伸长，不
影响轴向精度，对提高主轴部件刚度有利。用于轴向精度和刚度要求较 高的高精度机床或数控机床。 • 后端配置
应采用P2、P4、P5级和SP、UP级
（1）切削力方向固定不变的主轴，旋转精度决定于轴 承内圈径向跳动。 （2）切削力方向随主轴旋转同步变化的主轴，旋转精 度决定于外圈径向跳动。 （3）前轴承的精度对主轴的影响较大，前轴承的精度 应比后轴承高一级。（理论证明略）
二、主轴滚动轴承（续）
3、轴承的精度选择
四、主轴组件
2、传动件的布置
（1）带轮通常安装在后支承的外侧 （2）齿轮位于两支承之间则尽量使大齿轮靠近前 支承 （3）齿轮位于后支承外侧 （4）齿轮外增设辅助支承
四、主轴组件
3、主轴的轴向定位
（1）前端定位：适于轴 向精度和刚度高的高精度 机床合数控机床；
（2）后端定位：适于轴 向精度不高的普通机床， 卧车、立铣等；
（1）双列圆柱 滚子轴承 （2）双列推力 角接触球轴承
二、主轴滚动轴承（续）
2、主轴滚动轴承的类型选择
（3）角接 触球轴承
二、主轴滚动轴承（续）
2、主轴滚动轴承的类型选择
角接触 球轴承 组合
二、主轴滚动轴承（续）
2、主轴滚动轴承的类型选择
（4）双 列圆锥 滚子轴 承
二、主轴滚动轴承（续）
3、轴承的精度选择
• 主要影响因素:部件的静态刚度、质量分布和阻尼，特别 是主轴前轴承的阻尼。设计时，要使主轴的固有频率远大 于工作时的激振频率，使之不易发生共振。
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温升和热变形(热稳定性 )
• 温升过高会引起两方面的不良后果：一是主轴组件和箱体 因热膨胀而变形，主轴的回转中心线和机床其他件的相对 位置会发生变化，直接影响加工精度；其次是轴承等元件 会因温度过高而改变已调好的间隙和破坏正常润滑条件， 影响轴承的正常工作。严重时甚至会发生“抱轴”。
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
主轴组件设计资料(全)
主轴组件设计
二、主轴滚动轴承
1、轴承的特点 优点：（1）足够的刚度、高旋转精度、变转速和变载荷
下工作平稳； （2）质量稳定、成本低、经济性好； （3）容易润滑。
缺点：（1）旋转中径向刚度变化大；
（2）摩擦力大，阻尼小； （3）径向尺寸大
二、主轴滚动轴承（续）
2、主轴滚动轴承的类型选择