机械制造装备设计第三章 典型部件设计

3.1.3
主轴部件结构 设计应该包括 哪些方面？
主轴部件结构设计
卧式铣床变速箱
3.1.3 主轴部件结构设计
多数机床的主轴采用前、后两个支承。 为提高刚度和抗振性，有的机床采用三个支承。三个支承
中可以前、后支承为主要支承，中间支承为辅助支承；也 可以前、中支承为主要支承，后支承为辅助支承。且后者 应用较多。
综合主轴弯曲和支承变形，确定最 佳跨距
3
2
1
4
3.1.3 主轴部件结构设计
主支承轴颈
（1）主轴的构造 主轴的构造和形状主要取决于主轴 上所安装的刀具、夹具、传动件、 轴承等零件的类型、数量、位置和 安装定位方法等。 （2）主轴的材料和热处理 普通机床主轴可选用中碳钢（如45 钢），调质处理后，在主轴端部、 椎孔、定心轴颈或定心锥面等部位 进行局部高频淬硬，以提高其耐磨 性。 （3）主轴的技术要求 首先制定出满足主轴旋转精度所需 的技术要求；再考虑表面粗糙度、 表面硬度等
3.1 主轴部件设计
主轴部件是 机床的执行 件，由主轴 及其支承轴 承、传动件 、密封件及 定位元件等 组成。
3.1.1 主轴部件应满足的基本要求
（1）旋转精度：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和轴向跳动。旋转精 度取决于主轴、轴承、箱体孔等的制造、装配和调整精度 （2）刚度：是指主轴部件在外加载荷作用下抵抗变性的能 力。主轴部件的刚度是综合刚度，它是主轴、轴承等刚度 的综合反映。 （3）抗振性：是指抵抗受迫振动和自激振动的能力。 （4）温升和热变性：主轴部件运 转时，因各相对处的摩擦生热，切 削区的切削热等使主轴部件的温度 升高，形状尺寸和位置发生变化， 造成主轴部件的所谓热变性。 （5）精度保持性：是指长期地保 持其原始制造精度的能力。
：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。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。
3.1.3 主轴部件结构设计
（3）
：两个方向的推
力轴承分别布置在前后两个支承
处。这类配置方案当主轴受热伸
长后，影响主轴轴承的轴向间隙
中等转速、切削负载 大、要求刚度高（如 数控车床、镗床）
双(三)联角接触 球+双列圆柱滚子
角接触球轴承
径向刚性好，并有较 高的转速（如卧式铣 床）
双列圆柱滚子+角接 触双列推力球+双列 圆柱滚子轴承
3.1.4 主轴滚动轴承
角接触球轴承
双(三)联角接触 球+双列圆柱滚子
双列圆柱滚子+角接 触双列推力球+双列 圆柱滚子轴承
3.1.2
主轴部件的传动方式
主轴部件的传动方式
各传动类型具有什么特点
：特点是结构简单、紧凑，能够传 递较大的扭矩，能适应变转速、变载荷工作， 应用最广。缺点是线速度不能过高，通常小 于12~15m/s。
：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。
3.1.2 主轴部件的传动方式
： 同步齿形带是通过带上的齿形与带轮上 的轮齿相啮合传递运动和动力。同步齿形 带的齿形有两种:梯形齿和圆弧齿。
：特点是主轴单元大 大简化了结构，有效地提高了主轴部件的 刚度，降低了噪声和振动；有较宽的调速 范围；有较大的驱动功率和扭矩；便于组 织专业化生产。广泛应用于精密机床、高 速加工中心和数控车床中。
传动件在主轴上的布置方式
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。（原则）
3.1.3 主轴部件结构设计
请指出以下结构参数？
3
2
1
4
3.1.3 主轴部件结构设计
按机床类型、功率和加工直径查表
满足工艺要求的，不削弱强度情况 下的较大值
取决于主轴端部结构、前支承轴承 配置等，由结构设计决定
3.1.4 主轴滚动轴承
前轴承的精度要选得高一点，一般比后轴承高一级。 安装轴承时，如果将前后轴承的偏移方向放在同一侧， 则可以有效减少主轴端部的偏移。
主轴的精度等级：P0、P6、P5、P4(SP)、P3、P2（UP）
预紧就是采用预加载荷的方法消除轴承间隙，而且有 一定的过盈量，使滚动体和内外圈接触部分产生预变形， 增加接触面积，提高支承刚度和抗振性。预紧力通常分为 三级：轻预紧、中预紧和重预紧，代号为A、B、C。
。为避免松动，可用弹簧消除间
隙和补偿热膨胀。常用于短主轴
，如组合机床主轴。
（4）
：两个方向的推
力轴承在前支承的后侧。Biblioteka Baidu类配
置方案可减少主轴的悬伸量，并
使主轴的热膨胀向后；但前支承
结构较复杂，温升也可能较高。
3.1.3 主轴部件结构设计
主轴传动件位置布置的内容
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。（意义）
卧式铣床变速箱
某加工中心主轴箱展开图
3.1.3 主轴部件结构设计
推力轴承位置的配置形式（推力轴承布置在什么位置）
各配置形式各有什么特点？
：两个方向的推力轴承都 布置在前支承外。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。用于轴向精 度和刚度要求较高的高精度机床或数控机 床。
机械制造装备设计
目录
第一章 机械制造及装备设计方法 第二章 金属切削机床设计 第三章 典型部件设计 第四章 工业机器人设计 第五章 机床夹具设计 第六章 物流系统设计 第七章 机械加工生产线总体设计
第三章 典型部件设计
第一节 主轴部件设计 第二节 支承件设计 第三节 导轨设计 第四节 机床刀架和自动换刀装置设计
设计基准
3.1.4 主轴滚动轴承
主轴部件中最重要的组件是什么？
进行主轴部件设计时候，关于轴承我们需要考虑哪些方 面的问题？
（轴承配置、精度选择）
（轴承配置部分涉及一些） （轴承预紧、润滑和密封）
3.1.4 主轴滚动轴承
主轴轴承的配置型式应根据刚度、转速、承载能力、抗振性和噪 声等要求来选择。
良好的高速性能，承 载小（高速轻载荷精 密机床）