CA6140主轴径向跳动分析

CA6140主轴径向跳动分析
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摘要
CA6140普通车床是在实际生产中应用十分广泛，是最常见的车床之一。

是我国在C620-1的基础上自行设计的，其通用性、系列化程度较高、性能较优越、结构较先进、操作方便、外观美观和精度较高。

其主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件。

机床的加工精度是衡量机床性能的一项重要指标，影响机床加工精度的因素很多，有机床本身的精度影响，还有因机床及工艺系统变形、加工中产生震动、机床的磨损以及刀具磨损等因素的影响。

在这些因素之中，机床本身的精度是一个重要的因素。

通过毕业设计使我学会了对相关学科中的基本理论基本知识进行综合运用，同时，使自己对本专业有较完整的系统的认识，从而达到巩固、扩大、深化所学知识的目的，培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力以及培养了科学的研究和创新能力。

关键词： CA6140车床几何精度工作精度检验工程测量方法毕业设计
目录
摘要 (1)
目录 (2)
1.引言 (3)
2. CA6140普通机床的基本知识 (4)
2.1 机床CA6140的组成 (4)
2.2 机床CA6140的特点...................................5b5E2RGbCAP
2.3 机床CA6140故障的基本概念 (6)
2.4 机床常见的精度检验类型 (7)
3.机床精度检验的基本要求 (10)
3.1 在精度检验时应掌握以下原则 (10)
3.2 机床精度检验的一般方法 (10)
3.3 机床的常见精度检验方法 (13)
4.机床<）分析与维修 (17)
4.1<）结构和工作原理 (17)
总结 (22)
致谢 (23)
参考文献......................... 24p1EanqFDPw
1.引言
伴随着世界的不断进步，科技的不断发展，数字化机械设备风靡全球，不断占领时常，尤其是金属切削中的数控机床已成为时代的先驱，引领潮流。

但有着悠久力士的普通车床，也不甘落后，继续向着明天昂首阔步的精神，值得我们去研究。

车床在机械加工领域中是极为普遍的机械设备之一，车削加工时，车床，刀具，工具，切削用量和操作工艺等因素直接影响加工精度，而在正常加工条件下进行各项的切削加工，车床本身的精度一般来说是其中最重要的因素；它决定加工精度的运动件在低速空转时的运动精度；决定加工精度的零件、部件之间及其运动轨迹之间的相对位置精度。

机床的几何精度是保证加工精度的最基本条件。

例如：车端面时的平面度和垂直度,
主要决定于中拖板移动对主轴轴线的垂直度。

车削圆柱面时，圆柱度主要决定于工件回转轴线的稳定性，车刀刀尖移动轨迹的直线度以及与工件回转轴线的平行度，就是说主要决定于车床主轴与刀架的运动，包括主轴与刀架移动的平行度。

因此，掌握和研究车床精度的检验工程和检验方法，探讨机床误差对加工质量的影响是极其重要的。

CA6140的主轴箱是机床的动力源将动力和运动传递给机床主轴的基本环节，其机构复杂而巧妙，其几何精度的偏差直接影响到车床零件加工的质量，是车床性能的一个重要指标。

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本人以严谨务实的认真态度进行了此次设计，但由于知识水平与实际经验有限。

在设计中难免会出现一些错误、缺点和疏漏，诚请各位评审老师提出批评和指正。

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2.CA6140普通车床的基本知识
2.1机床CA6140的主要组成部分
CA6140型卧式车床属于通用的中型车床。

其外形及组成部件如下图所示。

其主要组成部件可概括为“三箱刀架尾座床身”。

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CA6140车床外形图
1-主轴箱；2-刀架；3-尾座；4-床身；5、9-床腿；6-光杠；7-丝杠；8-溜板箱；10-进给箱；11-挂轮jLBHrnAILg
主轴变速箱主轴变速箱主要是安装主轴及主轴变速机构。

变速箱内有变速齿轮，可以改变主轴转速。

通过操作变速机构，可使主轴获得各挡转速。

主轴带动工件旋转，同时通过传动齿轮带动挂轮旋转，将运动传至进给箱。

xHAQX74J0X 进给箱利用内部齿轮机构，按所需进给量或螺距进行调整，把主轴的旋转运动传给光杠或丝杠以得到不同的进给速度或切削不同螺距的螺纹。

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溜板箱<拖板箱）通过箱内的齿轮变换，将光杠传来的旋转运动变为车刀的纵向或横向直线运动；也可操纵对开螺母，使丝杠带动车刀做纵向进给运动，以便车削螺纹。

Zzz6ZB2Ltk 刀架四方刀架装载小滑板装在中滑板上，纵滑板可沿床身导轨纵向移动，从而带动刀具纵向移动，用来车外圆、镗内
孔等。

而中滑板相对于纵滑板作横向移动，用来带动刀具加工
断面、切断、切槽等。

小滑板可相对中滑板改变角度后带动刀具斜进给，用来车削内外短锥面。

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尾座尾座可沿其导轨纵向调整位置，其上可安装顶尖支撑长工件的后段以加工长圆柱体，也可以安装孔加工刀具和工孔。

尾座可横向作少量的调整，用于加工小锥度的外锥面。

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床身床身是机床的支承件，它安装在左床腿和右床腿上并支承在地基上。

床身上安装着机床的各部件，并保证它们之间具有要求的相互准确位置。

床身上面有纵向运动导轨和尾座纵向调整移动的导轨。

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2.2 普通车床的特点
车床是用车刀进行切削加工的机床，主要用于加工零件的各种回转表面，如内外圆柱表面、内外圆锥表面、成形回转表面以及回转体的端面等。

在车床上，除使用车刀进行加工外，还可以使用各种孔加工刀具<如钻头、绞刀等）进行加工或者使用镗刀加工较大的内孔表面。

主运动是车床速度最高、消耗功率最大的运动。

主要传动链的两个末端件是主动机与主轴，它的功用是把动力源的运动及动力传给主轴，是主轴带动工件旋转，实现主运动，并把满足卧式车床主轴变速的换向的要求。

进给运动是维持切削持续下去的运动。

进给运动的传动链是实现刀具纵向或横向移动的传动链。

在切削圆柱面和端面时，进给传动链是外联系传动链。

进给量以工件每转刀架的移动量计算。

卧式车床在车削螺纹时，进给传动是内联系传动链。

主轴每转刀架当作传动链的两个末端。

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2.3.1普通车床的优点
<1）对零件的适应性强；
<2）加工精度高，加工质量稳定；
<3）投资较低；
<4）良好的经济效益；
2.3.2普通车床的缺点
<1）适合小批量加工；
<2）对操作、维修人员的技术要求较高；
<3）普通车床需手工测量，测量误差较大。

2.3 机床CA6140精度检验的基本概念
机床CA6140在机械行业中是普遍的机械设备之一，虽然现今的社会数控机床发展迅猛，但是机床CA6140依旧是机械加工中的应用非常广泛。

在车削加工中，车床、刀具、工具、切削用量和操作工艺等因素直接影响加工精度，而在正常加工条件下进行各项切削加工，车床本身的精度一般来说是七中最重要的因素。

为使车床精度达标，就得检查各部件的精度。

车床运行中，根据设备的工作现象，在掌握车床系统各部分工作原理的前提下，对现行的状态进行分析，并辅以必要检测手段，查明影响精度的部位和原因，提出有效的维修对策。

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2.4 机床CA6140常见的精度检验类型
车床检验精度一共有十八项，
1、主轴的轴肩面和径向的回转精度<分别为0.015和0.008），
2、内孔定位锥面跳动<0.008）
3、机床导轨的横向直线度<0.02/1000>和纵向直线度(0.02>，
4、刀架纵向移动对主轴的平行度包括水平方向(0.015>和垂直方向的(0.02>，刀、
5、架横向移动对主轴的垂直度(0.02/300>，kavU42VRUs
6、主轴的轴向窜动<0.005），
7、尾座轴线相对于主轴轴线的同轴度水平方向<0.02/1000）和垂直方向<0.04<只允许尾座方向高），y6v3ALoS89
8、刀架移动对尾座套筒轴线的平行度水平方向<0.015/100>和垂直方向(0.015/100>，
9、小刀架移动对主轴轴线的平行度水平方向<0.02）和垂直方向(0.02/100），
10、主轴顶尖的跳动<0.01），
11、还有机床导轨的千M也就是尾座导轨相对于拖板导轨的平行度水平和垂直两个方向的<0.02/1000）M2ub6vSTnP
所有精度水平方向上的必须是向刀架方向倾斜的，垂直方向上的都必须是太头的或者说是往上倾斜的，导轨纵向水平必须是凸起的，也就是在坐标纸上画出的曲线误差值必须是正数；这些所有精度都是为了保证机床加工出的工件圆度、圆柱度和表面粗糙度的。

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3.CA6140机床精度检验的基本要求
3.1 在故障诊断时应掌握以下原则
机床几何精度检验，又称静态精度检验，指机床在不运动<如主轴的不转、工作台不移动等）或运动速度较低的时的精度，它规定决定加工精度的各主要零部件间以及这些部件的运
动轨迹相对运动的允差，同时也是是综合反映机床关键零部件组装后的综合几何形状误差。

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几何精度检测必须要在地基完全稳定、CA6140机床地脚螺栓处于压紧状态下进行。

机床考虑到地基可能随时间而变化，一般要求机床使用半年后，再复校一次几何精度。

在几何精度检测时应注意测量方法及测量工具应用不当所引起的误差。

在检测时，应按国家标准规定，即机床接通电源后，在预热状态下，机床各坐标轴往复运动几次，机床主轴按中等的转速运转十多分钟后进行。

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常用的检测工具有精密水平仪、精密方箱、平尺、平行光管、千分表、测微仪及高精度主轴心棒等。

检测工具的精度必须比所测的几何精度高一个等级。

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3.2 普通机床精度检验的一般方法
机床故障诊断一般包括三个步骤；第一个步骤是故障检查。

这是对机床进行测试，检查是否存在故障。

第二个步骤是故障判定及隔离。

这个步骤是要判断故障的性质，以缩小产生故障的范围，分离出故障的部件或模块。

第三个步骤是故障定位。

将故障定位到产生故障的零部件上，然后调校零部件，按照国标的参数调整修复。

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3.2.1 研点法
用平尺检测导轨直线度误差时，在被检测导轨表面均匀涂上一层很薄的红丹油，将平尺覆盖在被检导轨表面，用适当的压力作短距离的往复移动进行研点，然后取下平尺，观察被检测导轨表面的研点分布情况及研点最疏处的密度。

研点在导轨全场上均匀分布，则表示导轨的直线度误差已达到平尺的相应精度要求。

这种方法叫研点法。

研点法所用的平尺是一根标
准平直尺，其精度等级则根据被检测导轨的精度要求来选择，一般不会低于6级。

长度不短于被检测导轨的长度<在精度要求较低的情况下，平尺长度可比导轨短四分之一）。

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3.2.2 线值测量法
利用拉紧后的钢丝作为理想的直线，直接测量导轨上各段组成面的直线度误差线值。

像用平尺拉表面比较法一样这种方法只可检测水平面内的直线度误差。

在床身导轨上放一个长度为500mm的垫铁，垫铁上安装一个带有刻度的读数显微镜，显微镜的镜头应对准钢丝并必须垂直放置。

在导轨两端，各固定一个小滑轮，用一根直径小于0.3mm的钢丝，一端固定在小滑轮上，另一端用重锤吊着。

重锤的重量应为钢丝拉断力的30%-80%。

然后调整钢丝的两端，使显微镜在导轨两端时，钢丝与镜头上的刻线相重合。

记下显微镜上可动分划扳手轮上的度数。

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3.2.3 检视法
凭借个人的感觉<耳听、目测）或借助简单工具、标准块等进行检验、比较和判断主轴的实效形式。

3.2.4 超声波检验法
利用主轴内的压电效应产生的超声波在介质中传播时遇到裂纹，夹渣或缩孔的界面会反射在检测仪的光频上，从而确定其缺陷的位置、大小和性质。

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3.2.5 测量法
利用万用表、相序表、示波器、频谱分析仪、振动检测仪等仪器，对故障疑点进行波形测量，将测量值与正常值进行比较，分析故障所在的位置。

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3.3机床导轨直线度常见精度检验方法
3.3.1 导轨的基本知识
支承和引导运动构件沿着一定轨迹运动的零件称为导轨副，也常简称为导轨。

运动部件的运动轨迹有直线、圆或曲线，滚动圆导轨可归人滚动推力轴承，曲线导轨在机械中极少应用。

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导轨在机器中是个十分重要的部件，在机床中尤为重要。

机床的加工精度与导轨精度有直接的联系，小批量生产的精密机床，导轨的加工工作量占整个机床加工工作量的40％左右。

而且，导轨一旦损坏，维修十分困难。

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按运动学原理，所谓导轨就是将运动构件约束到只有一个自由度的装置。

导轨副中设在支承构件上的导轨面为承导面，称为静导轨，它比较长；另一个导轨面设在运动构件上，称为动导轨，它比较短。

具有动导轨的运动构件常称为工作台、滑台、常用导轨面有平面和圆弧面。

圆弧导轨面构成圆柱形导轨；不同的平导轨面组合，构成矩形导轨面间的摩擦为滑动摩擦者称为滑动导轨，在导轨面间置人滚动元件，使摩擦转变为滚动摩擦者称为滚动导轨。

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导轨有闭式和开式之分，闭式导轨可以承受倾覆力矩，而开式导轨则不能。

3.3.2导轨的基本要求
1．导轨的基本要求
(1>导向精度导向精度是指运动构件沿导轨承导面运动时其运动轨迹的准确程度。

影响导向精度的主要因素有导轨承导面的几何精度、导轨的结构类型、导轨副的接触精度、表面粗糙度、导轨和支承件的刚度、导轨副的油膜厚度及油膜刚度，以及导轨和支承件的热变形等。

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直线运动导轨的几何精度一般包括：垂直平面和水平平面内的直线度；两条导轨面间的平行度。

导轨几何精度可以用导轨全长上的误差或单位长度上的误差表示。

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(2>精度保持性精度保持性是指导轨工作过程中保持原有几何精度的能力。

导轨的精度保持性主要取决于导轨的耐磨性及其尺寸稳定性。

耐磨性与导轨副的材料匹配、受力、加工精度、润滑方式和防护装置的性能等因素有关，另外，导轨及其支承件内的残余应力也会影响导轨的精度保持性。

83lcPA59W9 (3>运动灵敏度和定位精度运动灵敏度是指运动构件能实现的最小行程；定位精度是指运动构件能按要求停止在指定位置的能力。

运动灵敏度和定位精度与导轨类型、摩擦特性、运动速度、传动刚度、运动构件质量等因素有关。

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(4>运动平稳性导轨运动平稳性是指导轨在低速运动或微量移动时不出现爬行现象的性能。

平稳性与导轨的结构、导轨副材料的匹配、润滑状况、润滑剂性质及导轨运动之传动系统的刚度等因素有关。

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(5>抗振性与稳定性抗振性是指导轨副承受受迫振动和冲击的能力，而稳定性是指在给定的运转条件下不出现自激振动的性能。

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(6>刚度导轨抵抗受力变形的能力。

变形将影响构件之间的相对位置和导向精度，这对于精密机械与仪器尤为重要。

导轨变形包括导轨本体变形和导轨副接触变形，两者均应考虑。

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(7>结构工艺性结构工艺性是指导轨副(包括导轨副所在构件>加工的难易程度。

在满足设计要求的前提下，应尽量做到制造和维修方便，成本低廉。

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2．导轨设计的主要内容导轨设计的主要内容有：
①根据导轨工作条件、承载特性，选择导轨的结构类型、截面形状及其组合形式。

②进行导轨的力学计算，确定结构尺寸。

③确定导轨副的间隙、公差和加工精度。

④选择导轨材料、摩擦面硬度匹配和表面精加工和热处理方法。

⑤选择导轨的预紧载荷，设计预紧载荷的加载方法与装置。

⑥选择导轨面磨损后的补偿方式和调整装置。

⑦选择导轨的润滑方式，设计润滑系统和防护装置。

3．精密导轨的设计原则对几何精度、运动精度和定位精度要求都较高的精密导轨(如数控机床和测量机的导轨>，在设计时应遵循如下一些原则：uEh0U1Yfmh
(1>误差补偿原则满足下列三项要求，以使导轨系统实现误差相互补偿：
①导轨间必须设置中间弹性环节，如滚动体塑料带(片>或流体膜等。

②导轨间要有足够的预紧力，以便补偿接触误差。

③导轨的制造误差应小于中间弹性体(元件>的变形量。

(2>精度互不干涉原则制造和使用时导轨的各项精度互不影响才易得到较高的精度。

如：矩形导轨的直线性与侧面导轨的直线性在制造时互不影响；平—V导轨组合导轨横向尺寸的变化不会影响导轨的工作精度。

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(3>动、静摩擦因数接近原则设计导轨副时应使导轨接触面的动、静摩擦因数尽量接近，以便获得高的重复定位精度和低速
平稳性，滚动导轨、镶装塑料板或贴塑料片的普通滑动导轨，摩擦因数小且静、动摩擦因数接近。

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(4>导轨副自动贴合原则要使导轨精度高，必须使导轨副有自动贴合的特性。

水平导轨可以靠运动构件的重量来贴合；其他导轨必须附加弹簧力或者滚轮压力使其贴合。

asfpsfpi4k (5>全部接触原则固定导轨的长度必须保证动导轨在最大行程的两个极限位置，与固定导轨全长接触(不会超出固定导轨>，以保证在接触过程中导轨副始终全部接触。

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(6>补偿力变形和热变形原则导轨及其支承件受力或温度变化时会产生变形，设计导轨及其支承件时，力求使其变形后成为要求的形状。

如龙门式机床的横梁导轨，将其制成中凸形，以补偿主轴箱(或刀架>重量造成的弯曲变形。

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2.床身导轨在垂直平面内的直线度
<1）
在
500
～
1000
长度
内只
许凸
起
0.02
任意250mm长度上局部公差为0.0075
<2）测量方法：
将水平仪纵向放在溜板上靠近前导轨上<如图示）
从刀架处于主轴箱一端的极限位置开始从左等距离向右，依次记录溜板在每一位置时水平仪的读数。

<3）注意事项：
等距离：近似等于规定的局部误差长度：250mm。

正负值：习惯上把气泡移动方向与溜板移动方向相同时为正值；相反为负值。

导轨在垂直平面内的直线度曲线：溜板在起始位置时的水平仪读数为起点，从坐标原点起作一析线段，其后每次读数都应以前一读数的析段的终点作为起点。

PgdO0sRlMo 全长的直线度误差：曲线相对其两端连线的最大坐标值。

导轨的局部误差：曲线上任一局部测量长度的两端相对曲线两端点连线的坐标差值
2、横刀架横向移动主轴轴线的垂直度如图所示：
<1）Array允差
偏差
方向
α≥9
0°。

<即可
内凹）
<2）测量方法：
将检验平盘固定在主轴上，千分表固定在中拖板上，移
动中拖板进行检验，然后将主轴旋转180°，再测一
次，两次测量结果的代数和之差。

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<3）注意事项：
旋转180°：减少原平盘表面的平面度误差对测量结果的影响。

偏差方向α≥90°：即是内凹，在车端面时，保证工件
端面的平面度和垂直度。

<4）附加测量方法：用水平仪的直角边的一面为基准，即是把水平仪放置导轨上，千分表装在中拖板上，在纵向测量水平仪一底面的左右两边的读数相等。

如不等则调整水平仪左右两边位置直到相等，然后横向测量的千分表的最大代数差值。

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<5）中拖板移动对主轴轴线的垂直度对加工质量的影响。

车端面时对工件端面的平面度和垂直度受影响
4.机床主轴径向跳动的精度检验
机床主轴装置是影响机床加工精度程度及工作效率的至关重要的部分，及时的对主轴装置的进行诊断与修复对于用好机床有着极其重要的现实意义。

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4.1 主轴结构特点和工作原理
4.1.1 主轴的结构特点
主轴是机器中最常见的一种零件。

它是旋转类零件，主要由内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、花键和横向孔等组成。

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4.1.2 主轴的工作原理
主轴是机床的执行件，它主要起支撑传动件和传动转矩的作用；在工作时，由它带动工件直接参加表面成形运动；同时，主轴还保证工件对机床其他部件有正确的相对位置。

因此，主轴部件的工作性能对加工质量和机床的生产率有重要影响。

此外，主轴的传动方式是皮带传动和齿轮传动结合的。

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各种车床主轴部件的结果虽有差别，单他们的基本用途是一致的，在结构和要求方面也是相同的。

在工作性能上都要求与本机床使用性能相适应的旋转精度、刚度、抗振性、温性和耐磨性等。

车床的类型不同，主轴工作条件不同，只是解决问题的重点不同而已。

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4.1 主轴的工作条件与技术要求
1..承受摩擦与磨损机床主轴的某些部位承受着不同程
度的摩擦，特别是轴颈部位，因为轴颈与某些轴承配合时，
摩擦较大所以此部位应具有较高的硬度仪增强耐磨性。

但是
某些部位的轴颈与滚动轴承相配合摩擦不大，所以就不需要大的硬度。

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2.工作中时承受载荷机床主轴在高速运转时要承受多种载荷的作用，如弯曲、扭转、冲击等。

所以要求主轴具有抵抗各种载荷的能力。

当主轴载荷较大、转速又高时，主轴还承受着很高的变交应力。

因此要求主轴具有较高的疲劳强度和综合力学性能即可。

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<1）、支承轴颈的技术要求
主轴两支承轴颈A、B的圆度允差 0.005毫M，径向跳动允差 0.005毫M，两支承轴颈的1：12锥面接触率＞70%，表面粗糙度Ra0.4um。

支承轴颈直径按IT5-7级精度制造。

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主轴外圆的圆度要求，对于一般精度的机床，其允差通常不超过尺寸公差的50％，对于提高精度的机床，则不超过25%，对于高精度的机床，则应在 5～10％之间。

4B7a9QFw9h <2）、锥孔的技术要求
主轴锥孔<莫氏 6号）对支承轴颈 A、B的跳动，近轴端允差 0.005mm，离轴端300mm处允差 0.01毫M，锥面的接触率＞70％，表面粗糙度Ra0.4um，硬度要求 HRC48。

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<3）、短锥的技术要求
短锥对主轴支承轴颈A、B的径向跳动允差0.008mm，端面D对轴颈A、B的端面跳动允差0.008mm，锥面及端面的粗糙度均为Ra0.8um。

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<4）、空套齿轮轴颈的技术要求
空套齿轮的轴颈对支承轴颈A、B的径向跳动允差为
0.015毫M。

<5）、螺纹的技术要求
这是用于限制与之配合的压紧螺母的端面跳动量所必须的要求。

因此在加工主轴螺纹时，必须控制螺纹表面轴心线与支承轴颈轴心线的同轴度，一般规定不超过0.025mm。

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从上述分析可以看出，主轴的主要加工表面是两个支承轴颈、锥孔、前端短锥面及其端面、以及装齿轮的各个轴颈等。

而保证支承轴颈本身的尺寸精度、几何形状精度、两个支承轴颈之间的同轴度、支承轴颈与其它表面的相互位置精度和表面粗糙度，则是主轴加工的关键。

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4.2 主轴的基本要求
1.旋转精度。