主轴组件 1-2

但是主轴要带着工件或刀具参与切削工作，以
形成工件表面。所以．一台机床的加工质且在很 大程度上决定于主轴组件的质量。
主轴要传递扭矩，直接承受切削力，而且还要
满足通用机床、专用机床、数控机床各自不同的 要求。
这些要求包括：
一、旋转精度
主轴组件的旋转精度定义：是指装配后，
在无载荷、低速转动的条件下，主轴前端 安装工件或刀具部位的径向跳动和轴向跳 动。
影响主轴组件的旋转精度的因素：主要取
决于各主要件，如主轴、轴承、箱体孔等 的制造、
二、静刚度
主轴组件的弯曲刚度K定义：使主轴前端产生单
位位移时，在位移方向测量处所需施加的力 (如 图4.3-1) ，即
K F / (N / m) K F/δ (N/m)
影响主轴组件的弯曲刚度的因素：如主轴的尺寸
（2）其端部的定心锥面、定心轴颈和锥孔等部位，应高 频淬硬至50HRC～55HRC。
（3）若采用滑动轴承，则轴颈处也需淬硬，硬度同上。
（4）精密机床主轴希望淬火变形和应力小些，可选用 40Cr或低碳合金钢20Cr、16MnCr5、12CrNi2A等渗碳 淬硬至 HRC≥60。
（5）采用滑动轴承的高精度磨床砂轮主轴，镗床、坐标 镗床、加工中心的主轴，要求有很高的耐磨性，这时可 用 渗 氮 钢 ( 如 38CrMoAlA) 经 渗 氮 处 理 ， 表 面 硬 度 可 达 1100HV～1200HV(相当于69HRC一72HRC)。
一、主轴滚动轴承的类型
（1）主轴轴承选择：根据精度、刚度和转速选择。 （2）为了提高精度和刚度，主轴轴承的间隙应该是
可调的。这是它的主要特点。 （3）线接触的滚子轴承比点接触的球轴承刚度高，
但它在一定温升下允许的转速比球轴承低。 （4）因为一般机床主轴尺寸都较大，相对地讲轴承
负载较轻，轴承的承载能力和疲劳寿命不是选择主 轴轴承的主要指标。
和形状，滚动轴承的型号、数量、配置形式和预 紧，滑动轴承的类型和油膜刚度，前后支承间的 主轴前端的悬伸量，传动轴的布置方式，主轴主 件制造和装配质量等。
图4.3-1
三、抗振性
主轴组件产生振动的危害：降低工件的表
面质量和刀具耐用度，缩短主轴轴承寿命， 还会产生噪声影响环境。
振动表现形式：主要有强迫振动和自激振
第二节 采用滚动轴承的主轴组件
滚动轴承和滑动轴承都可用于机床主轴，都能满
足旋转精度的要求。相比之下滚动轴承有下述优 点：①在转速和载荷变化范围很大的情况下滚动 轴承仍能稳定工作，②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；③滚动摩擦系数小， 发热少；④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；⑤滚动轴承为标准件，可以
图4.3-2
图e为钻、镗床主轴端部： （1）刀杆或刀具靠莫氏锥孔 定位； （2）前面扁孔传递扭矩； （3）后部扁孔拆卸刀具。
图4.3-2
图f为组合机床主轴端部： （1）圆柱孔用来安装接杆； （2）刀具则安装在接杆的 莫氏锥孔内； （3）前端圆螺母用来调整 刀具的轴向位置； （4）平键用来传递扭矩。
图4.3-2
图c为外圆磨床砂轮主轴端部： （1）法兰盘靠前端1：5的圆锥 面定位； （2）用螺母固定； （3）螺母的螺纹旋向必须与砂轮 的旋转方向相反，以防止启动时 因砂轮惯性而导致松脱。
图4.3-2
图d为内圆磨床砂轮主轴端部： （1）砂轮的接杆靠莫氏锥孔 定位并传递扭矩； （2）同时用锥孔底部螺孔紧 固接杆。
六、主轴的结构
1）为了提高刚度，主轴的直径应尽量大些。前轴 承至主轴前端面的距离(称悬伸量)应尽可能小些。 为了便于装配，主轴常做成阶梯形的。主轴的结 构与形状和主轴上所安装的传动件、轴承等零件 的类型、数量、位置和安装方法有直接的关系。
2)为了便于在主轴上安装各种标准刀具或夹具，主 轴前端部已标准化了。各类机床主轴前端结ห้องสมุดไป่ตู้形 状(如图4.3-2)
其主要技术要求如下(单位为mm)：
现以一车床主轴为例，说明制定技术要求的原则。
图4.3-3
(1)轴颈A和B的圆度 A=0.003，B=0.0025 (2)莫氏锥孔和A、B面用涂色法检查接触率≥70％ (3)莫氏锥孔对轴颈A、B的径向圆跳动
近轴端 0．005 , 300mm处 0.010 (4)短锥C对轴颈A、B的径向圆跳动0.005。 (5)端面D对轴颈A、B的端面圆跳动 0．010 以上技术条件可分为三类：
3.角接触球轴承（如图 e、f 所示） 这种轴承既可承受径向载荷，又可
承受轴向载荷，接触角度通常为α＝ 15º和α＝25º两种，它的编号为 7000C（旧编号36100）和 7000AC（旧编号46100）系列。
15º接触角的轴承多用于轴向力较小、转速较高的地 方，如磨床主轴；25º接触角的多用于轴向力较大的 地方，如车床和加工中心主轴。这种轴承调隙（预紧） 时只需使内、外圈产生相对轴向位移即可。这种轴承 多用于高速主轴。目前，国内外在数控机床上采用最 多。
第二章 主轴组件
主轴组件是机床的一个重要组成部分。
它包括主轴、轴承以及安装在主轴上的传 动件。
机床工作时，主轴要夹持着工件或刀具
共同完成表面成形运动，所以，主轴组件 的工作性能将直接影响加工工件的质量和 机床生产率。
第一节 对主轴组件的基本要求
与一般传动轴一样，主轴也要在一定的转速下
传递一定的扭矩。
三类技术条件：
（1）与工作和测量基准有关的项目； （2）与机床精度检验直接有关的项目； （3）其它各项。
下面分析前两类。
(—)与工作和测量基服有关的项目
（1）主轴中心线是指前后两轴颈A和B的圆心连
线，它是技术要求(3)一(5)项的测量基准，又是主 轴莫氏锥孔的工艺基准。因此，必须首先保证这 两轴颈的圆度。因为若轴颈截面不圆，就不会有 稳定的圆心。
为了提高轴承高度和承载能力，可将多个角接触球 轴承组合使用。
图4.3-5a、b、c为3种基本组合方式。这3 种 组合方式是两个轴承共同承担径向载荷。图a 和b可承受双向轴向载荷，图c则只能承受一个 方向的轴向载荷，但承受能力较大，轴向刚度 较高。这种轴承还可以三联（图4.3-5d）、四 联组合。
主轴要承受弯矩，因而希望轴承上产生一
（2）必须保证这两个轴颈锥度与滚动轴承锥孔的
一致性。用标准镊度规靠涂色法检查接触率(＞70 ％)来保证银角的准确性。这是第(2)项要求。
(二)与机床精度检验有关的项目
机床是以锥孔的轴线来代表主轴中心线的。主 轴部件装配后，在锥孔内插入一根长300mm以上 的检验棒。
卧式车床精度检验标准规定了检验棒的径向跳 动检验方法和数值。
八、主轴的技术要求
1. 主轴轴颈、支承孔的直径公差和形状公差
现以一车床主轴为例，说明制定技术要求的原则。
图4.3-3
现以一车床主轴为例，说明制定技术要求的原则。
图4.3-3
图中A、B处是安装轴承的轴颈，直径分别 为105mm、75mm，1:12锥面；前后轴承 精度均为P5级；C、D是安装卡盘的定心锥面 和端面。
外购。
第二节 采用滚动轴承的主轴组件
滚动轴承的缺点是：①滚动体的数目有限，所以滚动轴
承在旋转中的径向刚度是变化的，易产生振动；②滚动体 与内外圈是刚性接触，而滑动轴承的油膜形成粘性阻尼层， 故滚动轴承的阻尼较滑动轴承要低；③滚动轴承的径向尺 寸比滑动轴承大。
由上分析可知，在一般情况下尽量采用滚动轴承，尤其
接触球轴承，它由外圈2、内圈 1和4，以及隔套3等组成，接 触角α为60º。
修磨隔套3的厚度即可消除间隙并预紧。 它的公称外径与同孔径的双列圆柱滚子轴承相 同，但外径为负公差，与箱体孔间有间隙，因而 不承受径向载荷。 外圈2上开有油槽和油孔，以利于润滑油进入 轴承。其编号为234400（旧编号2268100）。
这种轴承的特点之一是接 触角α大，钢球直径小而数量 多，轴承承载能力和精度较 高，允许的极限转速高于一 般推力轴承，常用于高速、 较精密的机床主轴。
瑞典SKF公司还有（1）α＝40º的246800型轴 承，形状与234400相同；（2）窄形的双向推力 角接触球轴承，其内外圈宽度相等，内径、外径 和公差都与234400相同（3）α＝40º，特称 BTA-B系列。
主轴滚动轴承的类型主要包括：
1．双列圆柱滚子轴承 2．双向推力角接触轴承 3．角接触球轴承 4．圆锥滚子轴承 5．深沟球轴承
其图如下：
图4.3-4
分别讨论如下：
1.双列圆柱滚子轴承 图4.3—4a为NN3000K（旧编号
3182100）系列轴承，是特轻型： （1）内圈有1:12的锥孔与主轴的锥形轴 颈相配，通过轴向移动内圈，靠弹性变形 使内圈胀来消除间隙或预紧。 （2）两列直径和长度相等的短圆柱滚子 交错排列，且滚于数目多，载荷均布，承 载能力大。 （3）这种轴承的特点是径向刚度和承裁 能力都大，旋转精度高。但它不能承受轴 向载荷，内圈薄且开有两条滚道，厚薄不 匀，调间隙时内圈滚道易发生畸变。为避 免这一缺陷，出现了下页所示的轴承：
此外： （1）主轴中孔用于通过棒料、拉杆或 其它工具； （2）为了能通过更组的棒料，车床的 中孔直径希望大些，但受刚度条件的限 制，孔径不宜超过外径的70％。
七、材料和热处理
主轴材料的选择主要根据耐磨性和热处理变形来考 虑。
（1）普通机床主轴，可用45号或60号优质中碳钢，调质 到220HBS一250HBS。
动两种形式。
影响抗振性的因素：主要有主轴组件的静
刚度、质量分布和阻尼(特别是主轴前轴承 的阻尼)。
四、温升和热变形
主轴组件工作时因各相对运动处的摩擦 和搅油等而发热，产生温升，从而使主轴 组件的形状和位置发生变化(热变形)。