主轴单元设计
精密电主轴单元设计技术
电主 轴是 高速机 床 的核 心功 能 部 件 ， 着 高速 加 随
工技 术 的迅 猛发 展 和广 泛应 用 ， 工 业 部 门特别 是 航 各 天 、 空、 航 汽车 、 托 车 和模 具 加 工 等行 业 ， 高 速 度 、 摩 对 高精 度数控 机床 的需 求 与 １俱 增 ， 切 需 要 开发 出高 ３ 迫 点 ， 统 的 软件 实 现 技术 难 传 以适 应 制 造 领 域 的需 求 ， 用 插 件 技 术 正 好 可 以将 应
ＣＰ Ａ Ｐ系统需求 的多 样化 和 不 确定 性 细 节屏 蔽 在插 件
内容 的具 体实现 上 ， 应用 程序 提供 透 明的行为 ， 对 使得
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ： ｅ ｐ ｐ ｒｄ ｓ ｕ ｓ ｓ ｈ ｗ ｏ ｃ ｌ ｕａ ｅ ｔ ｅ ｍａｎ ｔｃ ｎ ｑ ｅ ｐａａ ｔｒ ｏ ｒ ｃｓｏ ｔｒｚ ｄ ｓ ｉ ｄ ｅ ｕ ｉ， ｓｒ ｃ Ｔｈ ａ ｅ ｉｃ ｓ ｅ ｏ ｔ ａｃ ｌｔ ｈ ｉ ｅ ｈ ｉ ｕ ｒ ｍｅ ｅ ｆｐ ｅ ｉｉｎ ｍｏｏ ｉｅ ｐ ｎ ｌ ｎ ｔ
品质 的 电主轴 。由于 电主轴 是完成 高速 加工 的战 略性
关键技 术 ， 性能 指标直 接决 定机 床 的发展水 平 ， 其 因此
向静 刚度 、 轴 的动 平衡精 度及 有效 的动平 衡方 法 。 主
（ ：４ ２ ． ７） ２ — ６
４ 结 语
插 件技术 通过 添加插 件 的方式来 扩展 软件 系统 的 功能 ， 以满足 用 户 的需 要 。而 Ｃ Ｐ Ａ Ｐ系 统 软 件存 在 需
Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｆＤｅ ｉｎｎ ｅ ｉｉｎ Ｍｏ ｏ ｉｅ ｉｄｅ Ｕｎｔ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｓｇ ｉｇ Ｐｒｃｓｏ ｔ ｒ ｄ Ｓｐｎ ｌ ｉ ｚ
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。
主轴设计详解范文
主轴设计详解范文
主轴设计是指在工程设计中，通过对整体布局的规划和设计，确定项目的主要轴线和主要空间分布。
它是设计的重要参考和指导，对于项目的功能性、美观性以及整体效果具有重要影响。
下面将详细介绍主轴设计的相关内容。
首先，主轴设计要考虑项目的功能需求。
根据项目的功能要求确定主要的活动区域和功能分区，进而确定主轴的位置和方向。
例如，对于一个学校项目，主轴可能会连接教学楼、图书馆和餐厅等主要功能区域，以便方便师生的活动和交流。
主轴的设计还要考虑项目的美观性和空间感。
通过合理的位置和长度设计，可以使项目具有一定的视觉层次和丰富的景观效果。
例如，在一个公园项目中，主轴可能会连接不同的景点和观景点，通过不同的景观元素和造景手法，形成景观延伸的效果，增强游客的参观体验。
此外，主轴还可以被用作项目的标志性元素和符号。
通过设计一个独特的主轴形态和特征，可以使项目在城市中具有明显的标志性，增强其对于周边环境的引导和辨识度。
例如，著名的人民广场就通过布局上向东西伸展的主轴和中央的丰碑广场来成为北京市的标志性建筑。
总之，主轴设计是工程设计中非常重要的一环。
它不仅要考虑项目的功能需求，还要兼顾项目的整体布局和美观性。
通过合理的位置和长度设计，可以使项目具有良好的空间感和流线性，并且还可以使项目具有一定的标志性和引导作用。
主轴设计要综合考虑各个因素，通过科学的规划和设计，使项目的功能、美观和整体效果达到最佳的平衡点。
(完整版)数控车床主轴设计
绪论随着市场上产品更新换代的加快和对零件精度提出更高的要求，传统机床已不能满足要求。
数控机床由于众多的优点已成为现代机床发展的主流方向。
它的发展代表了一个国家设计、制造的水平，在国内外都受到高度重视。
现代数控机床是信息集成和系统自动化的基础设备，它集高效率、高精度、高柔性于一身，具有加工精度高、生产效率高、自动化程度高、对加工对象的适应强等优点。
实现加工机床及生产过程的数控化，已经成为当今制造业的发展方向。
可以说，机械制造竞争的实质就是数控技术的竞争。
本课题的目的和意义在于通过设计中运用所学的基础课、技术基础课和专业课的理论知识，生产实习和实验等实践知识，达到巩固、加深和扩大所学知识的目的。
通过设计分析比较机床的某些典型机构，进行选择和改进，学习构造设计，进行设计、计算和编写技术文件，达到学习设计步骤和方法的目的。
通过设计学习查阅有关设计手册、设计标准和资料，达到积累设计知识和提高设计能力的目的。
通过设计获得设计工作的基本技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造一定的条件。
一、设计题目及参数1.1 题目本设计的题目是数控车床的主轴组件的设计。
它主要由主轴箱，主轴，电动机，主轴脉冲发生器等组成。
我主要设计的是主轴部分。
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，在设计的过程中要多加注意。
主轴前后的受力不同，故要选用不同的轴承。
1.2参数床身回转空间400mm尾架顶尖与主轴端面距离1000mm主轴卡盘外径Φ200mm最大加工直径Φ600mm棒料作业能力50～63mm主轴前轴承内和110～130mm最大扭矩480N·m二、主轴的要求及结构2.1主轴的要求2.1.1旋转精度主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷，低转速的条件下，主轴前端工件或刀具部位的径向跳动和轴向跳动。
主轴组件的旋转精度主要取决于各主要件，如主轴、轴承、箱体孔的的制造，装配和调整精度。
数控机床主轴设计
数控机床主轴设计
一、概述
1.数控机床主轴是机床加工过程中的核心部件，其质量直接影响到机
床的精度和生产效率。
数控机床主轴设计的主要任务是解决加工件的加工
精度、表面质量和生产效率等要求的技术问题。
2.数控机床主轴设计工作需要满足性能、结构、重量、尺寸、动力、
控制、安装等方面的要求，其中最重要的是性能和结构要求。
二、主轴结构设计
1.针对不同的加工工艺的要求，数控机床主轴设计的结构形式有很多，常见的有研磨轴、多段轴、悬臂式轴等。
2.研磨轴是机床主轴的基本结构，一般用于精超磨削，其结构特点为
研磨轴有较长的平稳运行区段，其强度高，通常采用梃形连接，耐磨性能好，是目前机床常用的轴形式。
3.多段轴是指主轴有多段，每段之间有齿轮连接，它可以满足不同加
工工艺的需求。
4.悬臂式轴是指主轴的两端分别有悬臂，是一种自转和轴向振动均有
良好平衡的结构形式，是用于精铣、拉床等加工工艺的主轴形式。
三、主轴性能设计
1.主轴的动力要求是指主轴所需的动力。
主要有机械动力、电动机动
力和气动动力等形式，根据不同的加工工艺要求，采用不同动力形式实现，其中机械动力是最常用的动力形式。
机械式高速主轴单元的改进设计
Ｋｅ ｗｏ ｄｓ：Ｂｅ ｒｎ ｕ ｐ ｒ ｔｕ ｔ ｒ ｙ ｒ ａ ｉ ｇ Ｓ ｐ ｏ ｔＳ ｒ ｃ ｕ ｅ；Ｇａ －ｃ ｔｉ ａ ；Ｗ ｅｇ ｔ ｅ１ ｃ ｄ Ｄｅ ｉｎ ｓ ｕｒａｎ Ｓｅ ｌ ｉ ｈ ～ｒ （ ｅ ｓｇ ｕ
主轴 单元 是机 床 主轴部 件 以独 立 的功能 模块 存在
ｓ ｒｉ ｅ ｉｅ ｅ ｖｃ －ｌ ．Ｔｈ ｒ ｆｅ ｔ ｅ ｇ ｓ ｕ ｔ ｉ ｅ ｌｃ ｒ ｉ ｒ ｖ ｈ ｅ ｉｂｉ ｔ ｒ ａｌ ｆ ｅ ｍｏ ｅ ｅ ｃ ｉ ａ －ｃ ｒａ ｎ ｓ ａ ａｌ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｒ ｌａ ｌ ｙ ｇ ｅ ｔ ｖ ｉ ｙ．Ｆｕ ｔ ｒ ｒ ｒｈｅｍｏ ｅ，ｔ ｅ ｈ ｗｅ ｇ ｔ—ｅ ｕ ｅ ｅ ｉｎ ｉ ｍｐ ｏ ｅ ｔｔ ｎｄ ｏ ｈ ｎ ｔｔ ｕ ｏ ｈ ｏ ｔａ ｄ ｉ ｉｈ —ｒ ｄ ｃ ｄ ｄ ｓｇ ｓｅ ｌ ｙ ｄ ａ ｈｅ ｅ ｆｔ ｅ ｕ ｉ ｏ ｃ ｔｄ ｗｎ ｔ ｅ ｃ ｓ ｎ ｍｐｒ ｖ ｈ ｆｉｉ ｎ・ ｏ ｅ ｔｅ ｅ ｃｅ －
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主轴设计详解范文
主轴设计详解范文主轴设计是指物体或系统中最重要、最核心的轴线或中心线。
在设计中，主轴扮演着重要的角色，它可以影响到整个设计的结构和布局。
主轴设计的目的是为了帮助视觉上的引导和组织，增强设计的层次感和整体性。
本文将详细介绍主轴设计的相关概念、原则和应用。
一、主轴设计的概念主轴设计是建立在人眼的视觉习惯和心理感受基础上的。
人眼在观看事物时会自然地选择一个焦点，并按照固定的视觉路径来引导目光，这个视觉路径就是主轴。
主轴设计通过合理利用主轴，使观众在观看时能够自然而然地关注到设计师希望他们看的地方。
二、主轴设计的原则1.中心对称原则：主轴设计常常采用中心对称的布局方式，即将物体或系统的中心线与整体布局的中心对齐。
这种对称的设计方式能够产生一种稳定和谐的感觉，使设计更容易被观众接受。
2.顺应视觉习惯原则：在主轴设计中，设计师要充分考虑观众的视觉习惯，使主轴与视觉路径一致。
观众习惯从左上到右下阅读，因此主轴设计常常从左上到右下延伸。
3.强调层次感原则：通过巧妙地利用主轴，设计师可以使设计更具层次感和深度。
主轴可以分割设计区域，并引导观众的目光向特定的区域移动，从而增强设计的层次感。
4.注重比例和尺度原则：主轴设计中的物体或系统的比例和尺度要与整体设计保持一致。
过大或过小的元素会破坏主轴设计的效果，造成视觉上的不平衡。
三、主轴设计的应用主轴设计广泛应用于各个领域，包括建筑设计、平面设计、金融和商业等。
1.建筑设计中的主轴设计：建筑设计中的主轴通常是指建筑物的主要轴线或中心轴线。
主轴设计可以帮助建筑师确定建筑物的方向和布局，并将各个区域有机地连接在一起。
2.平面设计中的主轴设计：平面设计中的主轴设计常常通过几何形状、线条和颜色等来实现。
设计师可以通过布局元素、文字和图片等，将主轴设计应用于海报、宣传册和网站设计中，以引导观众的注意力。
3.金融和商业中的主轴设计：金融和商业领域中的主轴设计可以帮助公司和品牌建立统一的形象和风格。
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。
CK518立式数控车床主轴单元的开发设计
CK518立式数控车床主轴单元的开发设计摘要本次研究工作的主要目的是完成CK518主轴单元设计.使其满足旋转精度、结构刚度、静刚度，抗振性、温升和热变形及耐磨性等主要性能,以提高机床的加工质量和加工效率.第一部分主要介绍了CK518立式数控车床的主轴单元的组成、功用和特点以及影响主轴单元的各个因素：主轴单元或主轴组件是数控立式车床CK518的一个重要组成部分。
主轴组件由主轴、主轴轴承及安装在主轴上的传动件、密封件等组成。
机床工作时，由主轴夹持工件并带动工件旋转进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，直接完成表面成形运动。
由于机床转速高，功率大，机床的加工质量，在很大程度上要靠主轴组件保证，因此要求主轴组件具有良好的旋转精度、结构刚度、抗振性、温升和热变形及耐磨性等；第二部分主要说明了主轴组件的布局方式和主轴的设计以及滚动轴承设计选择;第三部分主要是主轴单元的部件的校核计算，主要包括主轴的刚度，前、后轴承支反力，主轴的前端挠度,前、后轴承的弹性变形量，轴承预紧量，滚子所受预载荷等等。
CK518立式数控车床具有高转速、大扭矩,高刚性等特点。
该机床可加工各种短轴类、盘类零件，车削各种螺纹、圆弧、圆锥、回转体的内外曲面、端面、沟槽、钻、扩、铰等,适用于形状复杂的中小批量零件,以及精度、尺寸一致性要求高的大批量零件的加工.该类机床在国内外汽车行业广泛应用，是一种高效、高精度、高质量、高效益、低成本，投资回报期短，性能价格比高的机床，因此设计为其一种优良的主轴单元具有重大的现实意义。
关键词:数控车床主轴组件刚度轴承高速切削Development and Design of CK518’s Spindle Assembly Abstract This research work's main purpose completes the CK518 main axle unit design. Causes it to satisfy the running accuracy, the structure rigidity, the static rigidity，the vibration-proof，the temperature rise and the thermal deformation and wear resistant and so on main performance, improves engine bed's processing quality and the processing efficiency。
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。
机械制造装备设计(第2章 金属切削机床设计5-6 主轴&支承)
2.5.3 主轴部件结构设计
（二）推力轴承的位置配置型式 （2）后端配置 两个方向的推力轴承都布置在后支承处。 这类配置方案前支承处轴承较少，发热小，
温升低；但主轴受热后向前伸长，影响轴向精度。 这种配置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。
2.5.3 主轴部件结构设计
（二）推力轴承的位置配置型式 （3）两端配置 两个方向的推力轴承分别布置在前后两个支承
2.5.3 主轴部件结构设计
（三）主轴传动件位置的合理布置
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 ，减少主轴变形，提高主轴的抗振 性。
主轴上传动件轴向布置时，应 尽量靠近前支承，有多个传动件时 ，其中最大传动件应靠近前支承。
2.5.3 主轴部件结构设计
（四）主轴主要结构参数的确定 主轴前、后轴径直径D1和D2，主轴内孔直径d，主轴前端悬 伸量a和主轴主要支承间的跨距L，这些参数将直接影响主 轴旋转精度和主轴刚度。
2.5.3 主轴部件结构设计 （一）主轴部件的支承数目 也可以前、中支承为主要支承，后支承为辅助支承。
角接触 球轴承 背对背
安装
2.配置型式
（1）前端配置 两个方向的推力轴承都布置在前支承处。 这类配置方案在前支承处轴承较多，发热大， 温升高；但主轴受热后向后伸长，不影响轴向精度 ，精度高，对提高主轴部件刚度有利。 这种配置用于轴向精度和刚度要求较高的高精 度机床或数控机床。
离和主轴前端的悬伸量，传动件的布置方式，主轴组
件的制造和装配质量等。 刚度不足，影响机床的加工精 度、传动质量及工作的平稳性。
2.5.1 主轴部件应满足的基本要求
（3）抗振性：指抵抗受迫振动和自激振动的能力。 主轴振动有两种类型：
主轴结构设计范文
主轴结构设计范文
一、主轴的结构设计
1、主轴体结构设计
主轴体(Spindle body)采用铣削加工，采用45钢制作。
45钢因其良
好的机械性能及耐磨性适合制作主轴体的要求，为确保精度和强度，选用
Φ80mm*1200mm的热轧精密直线棒。
主轴体需要制作出一定的宽度，用于使主轴体的精度达到要求，因此
需要进行精密精磨加工，精磨的精度达到Ra0.2μm即可。
主轴体内部空间设计，开槽，定位孔以及衔接及调整孔等，均采用数
控车床加工，要求加工精度±0.002mm。
2、主轴头设计
主轴头(Spindle head)由胶合铸铁制成，经加工可以达到较好的整体
结构强度。
其内部空间设计，开槽，定位孔以及衔接孔均采用数控车床加工，要求加工精度±0.002mm。
主轴头上分别设有润滑油嘴，润滑油嘴采用国标标准的6mm螺纹连接，连接紧固等级为A4-80。
3、主轴轴承座设计
主轴轴承座(Bearing seat)采用铝合金制作，内部空间设计，开槽，
定位孔以及衔接孔均采用数控车床加工，要求加工精度±0.002mm，需要
抗震力及耐磨性好的材料。
4、关节螺母设计
关节螺母(Joint nut)采用耐热的特殊材料制作，内部空间设计，开槽，定位孔以及衔接孔均采用数控车床加工，要求加工精度±0.002mm。
数控机床主轴总体设计
数控机床主轴总体设计
报告
一、报告概述
数控机床主轴设计涉及机床整体结构及其相关机构的设计，是数控机
床制造过程中的重要步骤，也是控制机床精度和加工质量的关键因素。
本
文将重点介绍数控机床主轴的设计，包括其设计要点、数控机床主轴的结
构设计和参数设计，以及检验和润滑等。
二、主轴的设计要点
1.数控机床主轴的设计应考虑机床的整体结构和控制要求。
2.主轴为定心支承结构，必须考虑受力、应力、热变形等方面的影响，以确保设计符合要求，并能满足用户的实际要求。
3.主轴运行部件应确定所需转速、变速比、功率等参数，以确保设备
具有良好的动力性能。
4.数控机床的主轴应考虑到在高速运行时，动平衡质量及其调整要求。
5.主轴及其附件的安装应考虑其各自的尺寸和形位关系，以确保正确
安装及更换。
三、主轴结构设计
1.主轴材料选择
主轴材料可以根据设计要求选择金属材料或高分子材料。
其中金属材
料包括钢、铝合金、镁合金等，而高分子材料则包括塑料或玻璃钢等，具
体选择要考虑材料的机械性能、抗腐蚀性能和使用寿命等。
2.主轴结构设计。
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。
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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刀具系统
刀柄结合面 – 7/24锥度 BT30, BT40, BT50 (日本Bottle Grip 公司) CAT30, CAT40, CAT50 (美国 Catipillar公司) DIN 69871 Form A, Form B: SK40, SK50 双面约束实心刀柄 BBT-40,50 (BIG plus ) 双面约束实心刀柄 MBT-40,50(Nikken) – 1/10錐度 双面约束中空刀柄HSK A-50, A-63, A-100 双面约束中空刀柄KM A-50,A-63,A-80,A-100
主轴接口形式
主轴接口形式
刀具结合面系统
- 1/10 錐度
HSK: 1/10 空心短刀柄
KM : 1/10 空心短刀柄
主轴端部
30-60号 GB/T3837-2001主轴端部 结构尺寸
主轴端部尺寸
主轴端部键槽及键块
主轴端面键
主轴端部端面键尺寸
主轴端部
主轴锥孔
ISO 9524-1993机床 加工中心主轴端部 结构尺寸
主轴拉刀机构
主轴拉刀系统
•碟形弹簧之并串联(以并串联上调整拉刀力)
主轴拉刀系统
•碟形弹簧之并串联(以并串联上调整拉刀力)
主轴拉刀系统
•碟形弹簧之并串联(以并串联上调整拉刀力)
主轴拉刀系统
刀具夹持系统 – 液压系统(以油压调整拉刀力)
主轴刀柄系统
主轴刀柄系统
主轴刀柄系统
主轴刀柄系统
2列组合：DB/DF/DT 3列组:DBD/DFD/DTD 4列组合:DBB/DFF/ DBT/DFT/DTT 不同的组合：承受负荷 方向、扭转刚度、高速 性能、发热和径向刚度 各有不同。
主轴轴承
轴承组合后弯曲性能比较
径向位移：背对背组合DB＞面对面组合DF 载荷1000N
刚度：背对背组合 DB＞面对面组合DF 作用点的距离对主轴的弯曲有着较大影响
高速
硬钢材加工，曲面加工
高速铣削，曲面加工
高精度
汽机车
一般加工
高速铣削，钻孔，攻丝 精密镗孔
高效率
钻孔，攻丝，面铣，镗孔
概 述
数控机床高速切削关键技术
轻量化高刚性结构
工艺(规程，夹具)
高速，高精度 切削
控制器
CAD/CAM
刀具技术
进给系统
主轴系统
概
述
主轴为数控机床进行加工时，直接带动刀具 或工件旋转，进行切削、磨削..等加工程序之重要 单元。 –带动工件旋转，如车床。 –带动刀具旋转，如铣床。
主轴锥孔
主轴端部
主轴锥孔
加工中心的主轴锥孔通常分为两大类，即锥度为7:24的通用系统和1:10的HSK 真空系统。 锥度为7:24的通用刀柄通常有五种标准和规格，即NT（传统 型）、 DIN 69871（德国标准）、IS0 7388/1 （国际标准） 、 MAS BT（日本标准）以及 ANSI/ASME（美国标准）。 1:10 HSK真空刀柄的德国标准是DIN69873。有六种标准和规格，即 HSK-A、 HSK-B、 HSK-C、 HSK-D、 HSK-E和HSK-F，常用的有三 种：HSK-A (带内冷自 动换刀) 、 HSK-C (带内冷手动换刀) 和HSK-E(带内冷 自动换刀，高速型)。 7:24 的通用刀柄是靠刀柄的7:24锥面与机床主轴孔的7:24锥面接 触定位连接的，在高速 加工、连接刚性和重合精度三方面有局限性。 HSK真空刀柄靠刀柄的弹性变形， 不但刀柄的1:10锥面与机床主轴孔的1:10锥面接触，而且使刀柄的法兰盘面与主轴 面也紧密接触， 这种双面接触系统在高速加工、连接刚性和重合精度上均优于7:24 的HSK刀柄。其中常用于加工中心(自动换刀)上的有A型、E型和F型。
主轴轴承
角接触球轴承的组合
1、角接触球轴承一般有2列组合（DB）、 3列组合（ DBD）或4列组合（DBB） 2、组合轴承内外径的公差都控制在允许公差范围内的 1/3.
主轴轴承
作用点距离与负荷方向 背对背组合DB 面对面组合DF 并列组合DT 3列组合DBD 4列组合DBB
主轴轴承
轴承组合方式
润滑系统
油量与温升及摩擦损失关系图
润滑系统
油润滑(Oil Lubrication) Q = (M o + M 1 ) ×nT/ ΔT×10-6
Q : 油量, l/min Mo: 摩擦力矩(load independent) M1:摩擦力矩(load dependent) n : 转速, rpm ΔT: 润滑油允许温升
精度
速度
刚度
概 述
主轴设计之性能指标
主轴刚性:径向与轴向 最高转速: 安全持续运转极限转速 主轴功率:连续输出额定功率与最大功率
影响刚度与转速的因素
主轴系统 轴承系统
刚性
轴承系统
转速
润滑系统
冷却系统
支撑系统
概 述
主轴设计主要因素
主轴驱动方式: 齿轮/皮带式，直接式，内藏式 •主轴轴承:轴承形式，数量，组装方式，润滑 •主轴电机:电机型式，功率，尺寸 •主轴结构:刀柄拉杆，刀柄型式
提供主轴所需刚性。 提供刀柄介面及刀具夹持系统。 与轴承组成主轴-轴承系统，为主轴旋转组件。 提供主轴中心出水(CTS)机构(部分系统)。
主 轴
– 设计考虑因素
•等效惯性矩:各阶段的长度与截面尺寸设计。 •轴承间之跨距:
轴承间距离影响主轴负荷变形量。 •悬伸量:前端轴承至刀柄介面距离。
主轴端部
主轴衬套管 提供轴承支撑、冷却卻水套及主轴安装介面。
主轴-支撑-衬套管
•主轴-支撑-衬套管结构系统:
刀具松拉刀系统
•松刀机构
常见浮动松刀机构
机械式倍力设计
刀具松拉刀系统
松刀机构 常见空压转液压增压缸设计:
刀具松拉刀系统
松刀机构 常见空压转液压增压缸设计:
刀具系统
•刀具夹持系统:
利用并串联碟形弹簧组合经拉杆，瓣 爪拉住刀柄拉钉，使刀具斜面与主轴 內孔斜面紧密接触，形成足夠的界面 刚性。
概 述
各式主轴:
轴线可动主轴
磁浮主轴
液体静压主轴
液体动压主轴
滚珠轴承主轴
主轴结构
主轴 轴承 刀具夹持系统 冷却系统 润滑系统 密封 其他
主 轴 结 构
主轴结构
•加工中心 (Machinning Center)
主轴结构
• 加工中心(machining Center)
主轴结构
•加工中心(machining Center)
主轴结构
•加工中心(machining Center)
主轴结构
•加工中心(machining Center)
主轴结构
•加工中心(machining Center)
主轴结构
•加工中心(machining Center)
主轴结构
•加工中心(machining Center)
主 轴
– 主轴之心轴为一多段式中空阶梯梁， 是主轴单元重要结构元件。 – 功能
主轴轴承
极限 转速 1. 用单个轴承组合成2列、 3列、 4列组合 使用 2. 为提高主轴刚度而加大预紧力时 速度系数 极限转速 会随之 下降
主轴轴承
影响预紧力变化的因素
主轴-轴承系统
主轴与轴承系统之组合设计，对主轴刚性的影响。
轴承的选用与配置。 主轴的内外径、悬伸与轴承跨距。
主轴衬套管
润滑系统
油润滑(Oil Lubrication) – 油气式(oil-air or oil spot)
滚珠使用润滑油与空气混合之后喷入滚 珠轨道，DN 值高。 润滑油消耗量小，消耗功率小，适合高 速长时间连续运转。 发热量少，空气有冷却效果。 成本高，供油系统续严格监控稳定性， 否则易瞬间烧毁，油量调整费时，组装及 制造过程复杂。
概 述
依驱动方式分为:
– 齿轮式
优点：
•传动系统扭转刚性大，能承受低速
高扭矩负载
•适合低速大切深加工，但主轴刚性
需加大 缺点：
•效率低，传输功率损耗大，噪音大，
油污染
•高速受限制 •齿轮及箱体制造成本高 •齿轮造成轴承负荷
概 述
依驱动方式分为:
– 皮带式
优点： •高张力低噪音齿型设计，高 速时噪音比齿轮式低 •组装，维修容易，成本低
润滑系统
油气式润滑常见问题
油顆粒大，供油间隔须长(8 to 16 minutes) 主轴温度变化大，不稳定 供油时间间隔长，万一缺少供油一次，产生影响大 供油监测困难
润滑系统
油润滑(Oil Lubrication) – 油雾式(oil/air Mist) – 喷射式(oil jet)
数控机床设计与分析 主轴单元设计
主编：苟卫东
青海一机数控机床有限责任公司 2011年12月5日
课程內容
•概述 •主轴结构 •主轴 •轴承 •刀具系统 •冷却系统 •润滑系统 •密封系统 •主轴电机
课 程 內 容
概 述
加工中心市场需求
3C 模具
航钛轻合金
高速钻孔攻丝，轻切削面铣 1mm以下小孔径钻孔
油脂润滑(Grease): 油雾润滑(Oil Mist): 油气润滑(Oil Air): 喷射润滑(Oil Jet):
油雾润滑(Oil Mist)
喷射润滑(Oil Jet)
油气润滑(Oil Air)
润滑系统
•主轴润滑技术比较
润滑系统
•主轴润滑技术比较
润滑系统
油脂润滑(Grease Lubrication) – 填充量(grease quantity) < 30% free space in bearing
刀具系统
刀具结合面系统
双面约束中空短刀柄: 更高结合面刚性，更精密定位及更短换刀时间。