第三章主轴组件设计
3主轴组件设计
徐州工程学院教案徐 州 工 程 学 院 教 案 纸旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔的制造、装配和调整精度。
主轴组件的旋转精度直接影响工件的加工精度。
2.刚度刚度 指主轴组件在外载荷作用下抵抗变形的能力。
当主轴外伸端受径向作用力时，其刚度K 的表达式为)(m N FK μδ/=（1）静刚度 主轴组件在静载荷作用下抵抗变形的能力，Kj =Fj /δj 。
机床主轴常选用“背靠背组合”，为什么？“背靠背组合”，使轴承的接触线与轴线的交点间距大，抵抗弯曲变形的支反力矩大，支承刚度比“面对面组合”高，应用广泛。
4.陶瓷滚动轴承1）特点与钢轴承相比具有：①高速下重量轻，作用在滚动体上的离心力较小，压力和滑动摩擦小；②滚动体热膨胀系数小，温升较低，轴承在运转中预紧力变化缓慢，运动平稳；③弹性模量大，轴承的刚度增大。
2）陶瓷轴承的应用主轴前端形式取决于机床的类型和安装夹具或刀具的形式。
通用机床已有标准化的形式。
主轴整体结构是空心阶梯轴，外径从前端到尾部逐渐减小。
2.主轴的材料及热处理主轴的选材依据：载荷类型、耐磨性、热处理方法。
（2）其它性能要求表面粗糙度，表面硬度等。
3.4主轴组件的传动方式及结构设计1. 传动方式齿轮传动、带传动、同步齿形带传动、电动机直接驱动（1）齿轮传动轮齿的啮合传动，结构简单、紧凑；能传递较大的扭矩，适应变转速、变载荷工作。
不足：线速度需<12~15m/s，且不如带传动平稳。
该配置在前支承处轴承较多，发热大，温升高，但主轴受热后主轴前支承处轴承较少，发热少，温升低；但主轴受热后向前伸长，影响轴向精度。
主轴受热伸长后，影响主轴轴承的轴向间隙。
故需采用弹簧消除间隙和补偿热变形。
常用于较短主轴或轴向间隙变化不影响正常工作的机床。
如组合机床主轴。
3）传动件的轴向布置布置原则应使由传动力引起的主轴弯曲变形小，引起主轴前端在影响加工精度的敏感方向上的位移小。
方法传动件轴向布置尽量靠近前支承，有多个传动件时，最大传动件应靠近前端。
第三章 机床典型部件设计
（二）几种典型的主轴轴承配置形式
d 0.55 ~ 0.60D
对于六角、自动和半自动车床、卧式镗床（镗杆主
轴）
d 0.6 ~ 0.65D
对铣床 d 可比刀具拉杆直径大5~10mm即可。
3. 主轴前端悬伸量的确定
主轴前端悬伸量a 是指主轴前端面到前轴承径向反 力作用中点（或前径向支承中点）的距离。它主要取决 于主轴端部的结构（其形状与尺寸均以标准化），以及 前支承轴承配置和密封装置的形式和尺寸。在满足结构 要求的前提下，设计时应使a 值越小越好。
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，是主轴、轴承和轴 承座等刚度的综合反映，其静刚度不足则对加工精度 和机床性能有直接影响。
主轴部件应满足的基本要求
3.抗振性 主轴部件的抗振性是指抵抗受迫振动和自激振动而 保持平稳运转的能力。主轴部件的振动会直接影响工件 的表面质量和刀具的使用寿命，并产生噪声。 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升高，其尺寸、形状 及位置发生变化，造成主轴部件的热变形。 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 精度的能力。主轴部件丧失其原始精度的主要原因是磨 损。
3. 圆锥滚子轴承——需成对使用
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，
《机械制造装备设计第2版》课件习题思考题解答
思考题与习题解答第1章专机总体设计1.1 专机应满足哪些基本要求？答：专机应满足下列基本要求：1) 工艺范围; 2) 加工精度; 3) 生产率和自动化程度; 4) 可靠性; 5) 操作方便、工作完全；6) 造型美观、减少污染。
1.2 专机设计的步骤是什么？答：大体上可分为以下四个阶段：1) 调查研究; 2) 总体方案设计; 3) 工作图设计; 4) 试制鉴定。
1.3 专机的总体方案设计包括哪些内容？答：具体内容如下：1) 调查研究; 2) 专机的总体布局; 3) 工艺分析; 4) 确定专机的主要技术参数。
1.4 总体布局的内容是什么？答：内容是按工艺要求决定机床所需的运动，确定机床的组成部件，以及确定各个部件的相对运动和相对位置关系，同时也要确定操纵、控制机构在机床中的配置，并作出机床的总联系尺寸图。
1.5 为何在总体方案设计中工艺分析是十分重要的？答：工艺分析首先确定该专机所采用哪一种的工艺方法，工艺方法又是多种多样的，它对机床的结构和性能的影响很大。
工艺方法的改变将导致机床的运动、传动、部件配置以及结构等产生一系列变化。
不同的工艺方法，必然会使机床的结构、运动、传动等有所不同。
因此，在总体方案设计中工艺分析就显得十分重要的。
1.6 专机的运动有哪几种类型？运动分配的原则是什么？答：按其运动的功用可分为表面成形运动和辅助运动两大类。
表面成形运动又可分为主运动和进给运动两类。
运动分配的原则应考虑下列几项：1) 简化机床的传动和结构; 2) 提高加工精度; 3) 缩小机床占地面积。
1.7 主轴转速数列有哪几种类型？分别适用于什么场合？答：主轴转速数列采用等比级数、等差级数、对数级数等类型排列。
一般情况下，在主运动系统中主轴转速采用等比级数排列; 在进给运动系统中采用按等差级数排列的数列。
1.8专机的功率确定方法有哪几种？目前常用的方法是什么？答：有3种方法：1) 类比法; 2) 实侧法; 3) 计算法。
第3章数控机床主传动系统设计
3.3无级变速传动链的设计
数控机床的主运动广泛采用无级变速 。 无级变速优势： 在一定范围内，转速(或速度)能连续地变 换，从而获取最有利的切削速度。 数控机床一般都采用由直流或调速电动 机作为驱动源的电气无级调速。
(2)主要设计内容:
拟定结构式或结构网; 拟定转速图， 拟定各传动副的传动比; 确定带轮直径、齿轮齿数; 布置、排列齿轮，绘制传动系统图。
3. 2 分级变速主传动系统设计
3. 2. 1转速图的概念
转速图由“三线一点”组成，即传动轴线、转速 线、传动线和转速点。
3. 2 分级变速主传动系统设计
由Z, φ, n1可知主轴的各级转速应为: 31.5, 45, 63, 90, 125, 180, 250，500、710、 1000、1400。
2)变速组和传动副数的确定 :
变速组和传动副数可能的方案有: 12=4×3 12=3×4 12=3×2×2 12=2×3×2 12=2×2×3
3. 2 分级变速主传动系统设计
②绘制转速图: A、 本例所选定的结构式共有三个变速 组，变速机构共需4根轴，加上电动机轴 共5根轴，(电动机到I轴为定比带传动)故 转速图需5条竖线。主轴共12级转速，电 动机轴转速与主轴最高转速相近，故需 12条横线。然后，标注主轴的各级转速 及电动机轴的转速。
3. 1 主传动系统设计概述
（2)按传动装置类型 可分为机械传动装置 液压传动装置 电气传动装置 以及它们的组合
3. 1 主传动系统设计概述
(3)按变速的连续性 可以分为分级变速传动和无级变速传动。 分级变速传动是在一定的变速范围内均 匀、离散地分布着有限级数的转速，变 速级数一般不超过20~30级。 分级变速传动方式有滑移齿轮变速、交 换齿轮变速和离合器(如摩擦片式、牙嵌 式、齿轮式离合器)变速。
数控装备设计第3章 主轴组件
３．１ 主轴组件的基本要求 凡是成型运动有回转运动的机床，都具有主 轴组件。有的机床只有一个主轴组件，而有的机 床则有多个主轴组件。主轴组件是数控机床重要 的组成部件，包括主轴、主轴的支承、安装在主 轴上的传动件和密封件等。
1
（ １ ） 精度 主轴组件的精度包括旋转精度和运动精度 。 旋转精度是指装配后 ， 在无载 、 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 。 （ ２ ） 静刚度 主轴组件的静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。
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图３Hale Waihona Puke ５数控机床主轴轴承的配置形式
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３．３．３ 主轴滚动轴承的精度 滚动轴承的精度分为 Ｐ２ 、 Ｐ４ 、 Ｐ５ 、 Ｐ６ 和 Ｐ０ 级 （ 旧 标准为 Ｂ ， Ｃ ， Ｄ ， Ｅ ， Ｇ 级 ）。 其中 Ｐ２ 级最高 ， Ｐ０ 级为普通 精度级 。 主轴轴承以 Ｐ４ 级为主 。 高精度主轴 可用 Ｐ２ 级 。 要求较低的主轴或三支承主轴的辅 助轴承可用 Ｐ５ 级 。 Ｐ６ 和 Ｐ０ 一般不用 。
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图３．２
主轴主要精度指标计算图
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３．３
主轴轴承
机床主轴带着刀具或夹具在支承中作回转运动 ， 应能传递切削 扭矩 ， 承受切削 抗力 ， 并保证 必要的旋转精度 。 数控机床主轴支承根据主轴部 件的转速 、 承载能力 及回转精度等要求的不同而 采用不同种类的轴承 。
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３．３．１ 主轴常用 的几种滚动轴承类型 图 ３ ． ３ （ ａ ） 所示为角 接触球轴承 。 这种轴承既能承受径向载荷 ， 又能承受轴向载荷 。
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④ 短锥 Ｃ 对轴承轴颈 Ａ ， Ｂ 的径向 圆跳 动
轴的定义与解释
第3章 主轴组件设计
第 3 章 主 轴 组 件 设 计 3.1主轴组件的基本要求 主轴组件的基本要求 3.2主轴轴承的选择与配置 主轴轴承的选择与配置 3.3主轴 主轴 3.4主轴组件的计算 主轴组件的计算 3.5提高主轴组件性能的措施 提高主轴组件性能的措施
第 3 章 主 轴 组 件 设 计
中等精度,转速 —40Cr等合金结构钢,调质,淬火 高精度轴 —轴承钢GCr15,弹簧钢65Mn,调质,淬火 高转速,重载
—20CrMnTi,20Cr,38CrMoAlA 渗碳淬火或氮化
第 3 章 主 轴 组 件 设 计
3.3.3主轴的技术要求 3.3.3主轴的技术要求
主轴的精度直接影响到主轴组件的旋转 精度.主轴和轴承,齿轮等零件相连接 处的表面几何形状误差和表面粗糙度关 系到接触精度.因此,主轴的技术要求, 应根据专机精度标准有关的项目制定. 具体的技术要求可参阅有关的主轴组件 而确定.
第 3 章 主 轴 组 件 设 计
3.4主轴组件的计算 3.4主轴组件的计算
3.4.1主轴组件计算时支承的简化 主轴组件计算时支承的简化 3.4.2主轴结构参数的确定 主轴结构参数的确定 3.4.3传动件的布置 3.4.3传动件的布置 3.4.4主轴组件的两支承的最佳跨距的计 主轴组件的两支承的最佳跨距的计 算 3.4.5主轴组件采用三支承的跨距的确定 主轴组件采用三支承的跨距的确定 3.4.6主轴组件的刚度校核 主轴组件的刚度校核
第 3 章 主 轴 组 件 设 计 3.4.1主轴组件计算时支承的简化 3.4.1主轴组件计算时支承的简化
如一支承上安装两个轴 承时,对于角接触轴承 采用反装法可以提高其 支承刚度,而支承点应 在前端轴承的接触线与 轴线交点处,如图3.9d所 示. 对于接触角为0的向心轴 承,则支承点在前端一 个轴承中部,如图3.9e所 示.其理由为预紧发生 在前面一列滚子(或滚 珠)与后轴承之间.
第3章 主轴组件设计
第3章 主轴组件设计
主轴前直径可根据电动机功率并参考 同类设备确定， 同类设备确定，后轴颈可参考前轴颈 直径确定。通常,D （ 直径确定。通常 2=（0.7~0.85)D1
第3章 主轴组件设计
（2）主轴内孔直径的确定 首先，内孔 的大小 的大小， 首先，内孔d的大小，应在满足主轴刚度的前 提下，尽量取大值；其次，内孔d大小的确定与 提下，尽量取大值；其次，内孔 大小的确定与 用途有关，通常不小于主轴平均直径55%~60%。 用途有关，通常不小于主轴平均直径 。 （3）主轴前端悬伸量的确定 前端悬伸量是指主轴组件前支承径向反力 作用点到前端受力作用点之间的距离。 作用点到前端受力作用点之间的距离。 前端悬伸量a的确定主要取决于主轴端部的结 前端悬伸量 的确定主要取决于主轴端部的结 前支承轴承配置和密封装置的型式和尺寸， 构、前支承轴承配置和密封装置的型式和尺寸， 由结构设计确定。 由结构设计确定。 第3章 主轴组件设计
第3章 主轴组件设计
上图所示,瞬时回转中心线相对于理想旋转中心线 上图所示 瞬时回转中心线相对于理想旋转中心线 在空间位置上的偏差被称为回转误差； 在空间位置上的偏差被称为回转误差；两线在空间位 置上的符合程度被称为回（ 转精度。 置上的符合程度被称为回（旋）转精度
第3章 主轴组件设计
2、静刚度
第3章 主轴组件设计 章
主轴组件是主运动的执行件， 主轴组件是主运动的执行件，是专机的重要组成 部分。主轴组件由主轴、 部分。主轴组件由主轴、支承轴承和安装在主轴上的 传动件、密封件等组成。 传动件、密封件等组成。
一、主轴组件的基本要求
1、旋转精度
主轴回转时， 主轴回转时，其瞬时回转中心相对于理想回转中心 在空间位置上的偏差，即为回转误差， 在空间位置上的偏差，即为回转误差，其范围为主轴 的旋转精度。 的旋转精度。
第三章主轴支承件
“T”形隔板连接，主 要提高水平面抗弯刚 度，对提高垂直面抗 弯刚度和抗扭刚度不 显著，多用在刚度要 求不高的床身上
“W”形隔板，能较大地提高水平面上的抗弯抗扭刚
度，对中心距超过1500mm的长床身，效果最为显 著
“”形隔板，在垂直面和水平面上的抗弯刚度都比较 高，铸造性能好，在大中型车床上应用较多
温升
热变形表示 5、耐磨性
位置变化量
即长期保持原始制造精度的能力
回转精度好，标志着静态工作精度好
抗振性、热变形小，标志着动态工作精度好 耐磨性好，标志着精度保持性好
二、主轴组件结构设计
1、结构要求 • 主轴的可靠定位，工件装夹定位可靠 • 保证长期可靠运转 • 结构工艺性好，拆装方便
2、结构布局
图3-71 美国超精密车床球轴承主轴组件 转速为200r/min时，主轴径向摆振0.03um，轴向串动0.01um， 径向刚度25N/um，轴向刚度80N/um，用金刚石刀具加工铝和紫铜零 件时可以获得表面最大不平度高度为0.01—0.02um的镜面。
五、提高主轴组件性能的措施
提高精度。 控制温升、提高转速、减小热变形 改善动态特性 • 使主轴组建的固有频率避开激振频率 • 调整前轴承的阻尼 • 采用三支承 • 采用消振装置
减少热变形的措施：
措施2 采用低摩擦系数的导轨和轴承 ——采用滚动导轨、静压导轨或滚动轴承 ② 控制温升
通过散热的方法
③ 改善机床结构 措施1 采用对称设计
措施2 使机床主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上
措施3 采用排屑系统 ④ 进行热变形补偿
冷却风管
主轴
对机床热源进行强制冷却
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。
第3章 主轴组件设计[4页]
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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
主轴组件设计
目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT(英文摘要) (Ⅱ)目录 (Ⅲ)第一章绪论 (1)1.1数控车床主传动系统的要求 (1)1.2数控车床主传动系统方式 (1)1.3国内外数控车床主传动系统的发展 (2)1.3.1 设数控车床发展总趋势 (2)1.3.2 确中国数控车床发展的主要问题 .............. . (4)第二章主传动系统主要技术 (6)2.1主传动技术指标的制定 (7)2.1.1 动力参数的确定计的数 (7)2.1.2 主运动调速范围的确定 (8)2.1.3 主轴计算转速的确定 (9)2.2 变速主传动系统的设计 (10)2.2.1 确定传动方案...........................................10 2.2.2 转速图的拟定 (11)2.2.3 拟定传动变速系统图 (12)第三章传动系统零部件设计 (15)3.1 传动皮带的设计与选定 (15)3.1.1 V带传动设计 (15)3.1.2 带结构的设计 (16)3.2齿轮的设计与校核 (17)3.2.1各传动轴传递动力计算 (17)3.2.2齿轮副32/76齿轮的设计与校核 (19)3.2.3齿轮副30/54齿轮的设计与校核 (23)3.2.4齿轮副54/54齿轮的设计与校核 (26)3.3 传动轴的设计与校核 (30)3.3.1 传动轴I的设计与校核 (30)3.3.2 轴II的设计与校核 (33)第四章主轴组件的设计与校核 (35)4.1主轴的要求 (35)4.2 主轴轴承选择 (36)4.3 主轴的设计与校核 (36)第五章主轴驱动与控制 (39)5.1 主轴转速的自动变换 (39)5.2 齿轮有级变速变挡装置 (40)5.3 主轴旋转与轴向进给的同步控制 (40)5.3 主轴旋转与径向进给的同步控制 (40)第六章总结与展望 (41)参考文献 (43)致谢 (45)第二章：主传动系统主要技术指标的确定：该数控装置属于小型数控加工装置，床身最大回转直径￠250mm，最大工件长度600mm；主轴通孔直径32mm，主传动系统的主要参数有动力参数和运动参数。
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指在主轴工作端部作用一个静态力F（或扭矩M） 时，F与主轴在F作用方向上所产生的变形y之比
根据作用力：
径向刚度
轴向刚度
扭转刚度
对于大多数专机来说，主轴的径向刚度是 主要的。
第
3 章
影响主轴组件刚度的主要因素
主 轴
主轴的结构型式及尺寸
组 轴承的类型、配置及预紧
件 传动件的布置方式
设 计
件 设
散热条件
计
第
3 一般规定，使用滑动轴承时，主轴轴承温
章 度不得超过60℃，对于高精度机床不得超
主 轴
过室温10℃。滚动轴承的允许温度可参阅 表3．1(在室温为20℃的条件下）。
组
件
设
计
第 3
5．耐磨性
章 主轴组件的耐磨性：是指长期地保持其
主
原始制造精度的能力，即精度的保持性。
轴 滑动和滚动轴承的磨损的影响：
主
发热造成的温差，使主轴组件在形状和
轴
位置上产生的畸变。
组 件
主轴组件的热变形的影响：
设
使主轴伸长
计
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。
第 3 章 影响主轴组件温升和热变形的主要因素
主 轴 轴承的类型、配置方式和预紧力的大小
组 润滑方式
主轴组件的制造与装配质量
第
3．抗振性
3
章
主轴组件的抗振性：指机器工作时主
主
轴组件抵抗振动、保持主轴平稳运转
轴
的能力。
组
主轴组件的振动的影响：
件 设 计
工件的表面质量 刀具的耐用度
主轴轴承的寿命
还会产生噪声而影响工作环境。
第
4．热变形
3
章 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
（旋转误差）,其范围就为主轴的旋转精度.
第
3
1．旋转精度
章
主轴组件的旋转精度:是指专机在空载低
主 速转动时，在主轴前端定位面上测得的
轴 径向圆跳动、端面圆跳动和轴向窜动值 组 的大小。
件 动态的旋转精度:
设 主轴组件的旋转精度是在静态无载条件
计 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
组 件 设 计
使主轴组件丧失了原有的运转精度，而 且将降低刚度和抗振性，因此必须保证 这些部分的耐磨性和具有调整的可能性。
第
3
章
影响耐磨性的主要因素
主
轴
主轴、轴承的材料与热处理
组
轴承（或衬套）类型
件 设
润滑方式
计
第
3 3.2主轴轴承的选择与配置
章
主 3.2.1主轴滚动轴承的类型
轴 3.2.2主轴滚动轴承的配置型式
轴 因此，主轴组件中应设有间隙调整机
组
构，以保证主轴轴承保持合理的间隙
件
或过盈量。
设 计
主轴轴承在装配时要进行预紧、调整 间隙的必要性
要求：力求调整方便、可靠。
第 3
章 常见的滚动轴承间隙调整的结构：
主 轴 1.对于带锥孔的双列圆柱滚子轴承
组
（NN3000K )
件 移动轴承内圈使内圈产生径向弹性变形
设 计
耐磨性
第 3
1．旋转精度
章
主轴的旋转中心线:主轴作旋转运动时线速
度为零的点的连线称。
主
在理想状态下，该线即为主轴的几何中心线，
轴
其位置是不随时间而变化的。
组
旋转误差:
件
由于制造和装配等误差的影响，主轴旋转时，
设
该线的空间位置每时每刻都在发生着变化。
计
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，即主轴旋转时的瞬时误差
合
第
3 章
3.2.3滚动轴承的刚度确定
主
滚动轴承的刚度一般是指径向刚度。
轴 组 件
径向刚度:轴承的径向载荷与径向位 移之比值。
设
径向位移包括轴承本身的弹性位移
计
和轴承环与主轴轴颈及箱体孔的配
合表面间的接触变形。
第
3 3.2.4滚动轴承间隙的调整和预紧
章
主 滚动轴承具有合适的间隙或过盈量。
件
承都是角接触球轴
设
承的组合
计
转速为中、低速时，
可采用两个圆锥滚
子轴承做前后支承
轴承
第 3
3.2.2主轴滚动轴承的配置型式
章 ❖ 载荷较小
转速较高时，可采
主
用前后支承都是单
轴
列角接触球轴承的
组
组合，如果要提高
件
轴向刚度可每个支
设
承并列两个轴承
计
转速为中、低速时，
可采用深沟球轴承
和推力球轴承的组
对于通用机床主轴端部的形状和尺寸 已标准化，可参见“金属切削机床设 计手册”得出。
第
3
章
3.3.2主轴的技术要求
主
轴 主轴的精度直接影响到主轴组件的旋转
组
精度。
件 保证锥孔中心和轴颈中心的同轴度，工
设
艺基准如何选择？
计 具体的技术要求可参阅有关的主轴组件
而确定。
第
3 章
3.4主轴组件的计算
组 3.2.3滚动轴承的刚度确定
件 设
3.2.4滚动轴承间隙的调整和预紧Leabharlann 计第3 章
3.2.2主轴滚动轴承的配置型式
主
主轴轴承的选择和配置取决于承受
轴
载荷的大小、方向及其性质，转速
组
大小，精度高低等因素。
件 设 计
承载能力和疲劳寿命不是选择主轴 轴承的主要依据。
第 3
3.2.2主轴滚动轴承的配置型式
章 ❖ 载荷较大
转速较高时，采用
主
双列圆柱滚子轴承
轴
和接触角为60°的
组
双向推力角接触球
件
轴承组合
设 计
转速为中、低速时， 采用双列圆柱滚子
轴承和深沟球轴承
或圆锥滚子轴承的
组合
第 3
3.2.2主轴滚动轴承的配置型式
章 ❖ 载荷中等
转速较高时，采用
主
双列圆柱滚子轴承
轴
和角接触球轴承的
组
组合或采用前后支
精度。
第
3 影响主轴组件旋转精度的因素
章
主 轴承精度和间隙 轴 与轴承相配合零件（箱体、主轴本身） 组 的精度
件 轴承安装、调整
设 运动精度
计
主轴转速
轴承组合设计
轴承的性能
第
3
2.静刚度
章
静刚度简称为刚度。
主
定义：
轴
主轴组件的刚度是指在外加载荷作用下抵抗变
组
形的能力。
件 设 计
设 来调整轴承的间隙或过盈量。
计 2.对于角接触轴承
通过使其内、外圈产生相对位移来实现 间隙调整的。
第
3
3.3主轴
章
主
3.3.1主轴的结构
轴
3.3.2主轴的技术要求
组
件
设
计
第
3
3.3.1主轴的结构
章 在一般情况下，轴的设计取决于刚度，
主
而不是其机械强度。
轴 主轴的构造和形状如何确定？
组 件 设 计
机械制造装备设计
第三章主轴组件设计
第3章 主轴组件设计
第三章主轴组件设计
第
3
➢ 3.1主轴组件的基本要求
章
➢ 3.2主轴轴承的选择与配置
主 ➢ 3.3主轴
轴 组
➢ 3.4主轴组件的计算
件 ➢ 3.5提高主轴组件性能的措施
设
计
第
3 3.1主轴组件的基本要求
章
旋转精度
主 轴
静刚度
组
抗振性
件
热变形