第十一讲 机床主轴主件设计

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1、金属切削与机床Metal Cutting & Machine ToolsMetal Cutting & Machine Tools 第十一讲第十一讲 机床主轴组件设计机床主轴组件设计 l概述概述l机床主轴组件组成及功能机床主轴组件组成及功能l主轴组件设计基本要求主轴组件设计基本要求l机床主轴组件设计机床主轴组件设计l主轴传动件选择与布置主轴传动件选择与布置l主轴支撑件选择与装配主轴支撑件选择与装配l主要结构参数计算主要结构参数计算Metal Cutting & Machine Tools 机床主轴组件概述机床主轴组件概述一、机床主轴组件组成及功能一、机床主轴组件组成及功

2、能1、主轴组件功能及结构型式、主轴组件功能及结构型式主轴组件：主轴组件：主轴、支承轴承、主轴上的传动件、密主轴、支承轴承、主轴上的传动件、密封件封件功能：功能：支承并带动工件或刀具完成工件表面成形运支承并带动工件或刀具完成工件表面成形运动，传递运动和动力。缩小传动误差，承受切削力等载动，传递运动和动力。缩小传动误差，承受切削力等载荷。荷。结构形式：结构形式：卧式、立式、倾斜式等卧式、立式、倾斜式等 Metal Cutting & Machine Tools 机床主轴组件概述机床主轴组件概述一、机床主轴组件组成及功能一、机床主轴组件组成及功能2、主轴组件基本要求、主轴组件基本要求旋转精度

3、：旋转精度：机床在空载低速时，主轴前端安装刀具，夹具部位机床在空载低速时，主轴前端安装刀具，夹具部位的径向跳动、端面跳动和轴向窜动。的径向跳动、端面跳动和轴向窜动。 主轴的旋转轴线产生的跳动如图主轴的旋转轴线产生的跳动如图端面跳动o轴向窜动or径向跳动rMetal Cutting & Machine Tools 机床主轴组件概述机床主轴组件概述一、机床主轴组件组成及功能一、机床主轴组件组成及功能2、主轴组件基本要求、主轴组件基本要求支承支承刚度：刚度：指其在外界载荷的作用下抵抗变形的能力。通常以指其在外界载荷的作用下抵抗变形的能力。通常以主轴前端产生单位弹性变形时，在变形方向上所加的作

4、主轴前端产生单位弹性变形时，在变形方向上所加的作用力的大小来表示，比值越大，说明刚度越好。用力的大小来表示，比值越大，说明刚度越好。 K= FK= F（牛（牛/ /微米）微米）Metal Cutting & Machine Tools 机床主轴组件概述机床主轴组件概述一、机床主轴组件组成及功能一、机床主轴组件组成及功能2、主轴组件基本要求、主轴组件基本要求支支抗振性：抗振性：抗振性：是指其抵抗受迫振动和自激振动而保持平抗振性：是指其抵抗受迫振动和自激振动而保持平稳地运动的能力。用主轴端部测得的最大振幅来衡量的稳地运动的能力。用主轴端部测得的最大振幅来衡量的。振幅越小，抗振性越好。振幅越

5、小，抗振性越好。受迫振动受迫振动：是由机床外部的振源或机床其他部件振：是由机床外部的振源或机床其他部件振动及主轴部件本身所引起的。动及主轴部件本身所引起的。自激振动自激振动：是由切削过程引起的。：是由切削过程引起的。Metal Cutting & Machine Tools 机床主轴组件概述机床主轴组件概述一、机床主轴组件组成及功能一、机床主轴组件组成及功能2、主轴组件基本要求、主轴组件基本要求温升和热变形：温升和热变形：机床在工作时，各相对运动处的摩擦，搅油等耗损机床在工作时，各相对运动处的摩擦，搅油等耗损而发热造成的温差，使主轴部件在形状和位置上产生畸而发热造成的温差，使主轴部件在

6、形状和位置上产生畸变，称为变，称为热变形热变形。热变形是用主轴运转一定时间和因发热而造成的各热变形是用主轴运转一定时间和因发热而造成的各部分的位置上的变化来度量，也可用温升近似的表达。部分的位置上的变化来度量，也可用温升近似的表达。一般滑动轴承的温升一般滑动轴承的温升 ，工作温度，工作温度 一般滚动轴承的温升一般滚动轴承的温升 ，工作温度，工作温度 Metal Cutting & Machine Tools 机床主轴组件概述机床主轴组件概述一、机床主轴组件组成及功能一、机床主轴组件组成及功能2、主轴组件基本要求、主轴组件基本要求耐磨性（精度保持性）：耐磨性（精度保持性）：主轴组件长期的

7、保持其原始制造精度的能力，所以主轴组件长期的保持其原始制造精度的能力，所以相对运动部件间都必须有一定的硬度，对摩擦表面要进相对运动部件间都必须有一定的硬度，对摩擦表面要进行热处理和化学处理。行热处理和化学处理。 小结：机床的工作精度小结：机床的工作精度 - 旋转精度旋转精度 静态工作精度静态工作精度 - 刚度刚度 动态工作精度动态工作精度 - 抗振性抗振性 精度保持性精度保持性 - 耐磨性耐磨性Metal Cutting & Machine Tools 机床主轴组件设计机床主轴组件设计一、机床主轴一、机床主轴1、主轴结构形状要求、主轴结构形状要求主轴的头部已经标准化了，用以安装标准刀具

8、和夹主轴的头部已经标准化了，用以安装标准刀具和夹具。主轴头部的形状和尺寸，主要取决于主轴上所安装具。主轴头部的形状和尺寸，主要取决于主轴上所安装的传动件的传动件,轴承和密封件等零件的类型轴承和密封件等零件的类型,数目位置和安装定数目位置和安装定位方式位方式,同时还要考虑到主轴的加工工艺性和装配工艺性同时还要考虑到主轴的加工工艺性和装配工艺性。 主轴常制成阶梯形的。主轴常制成阶梯形的。 Metal Cutting & Machine Tools 机床主轴组件设计机床主轴组件设计一、机床主轴一、机床主轴1、主轴结构形状要求、主轴结构形状要求通用主轴端部形状通用主轴端部形状 Metal Cu

9、tting & Machine Tools 机床主轴组件设计机床主轴组件设计一、机床主轴一、机床主轴2、主轴材料和热处理、主轴材料和热处理主轴的材料，应根据主轴的耐磨性、热处理方法和热主轴的材料，应根据主轴的耐磨性、热处理方法和热处理后的变形来选择。处理后的变形来选择。 （1）材料的选择：）材料的选择： 刚性好，承载能力大，耐磨性好刚性好，承载能力大，耐磨性好，加工性能好，加工性能好， 热处理变形小，价格便宜。材料的刚性取热处理变形小，价格便宜。材料的刚性取决于弹性模量决于弹性模量E，钢的，钢的E值差别较小。值差别较小。（2）热处理方法：滑动轴承支承，前端定位表面，淬）热处理方法：滑动

10、轴承支承，前端定位表面，淬硬硬HRC5055,低碳钢，渗碳淬火；合金可以化学处理。低碳钢，渗碳淬火；合金可以化学处理。3、主轴技术条件、主轴技术条件主轴的精度是：主轴的精度是：尺寸精度尺寸精度，形状精度形状精度，以及支承轴颈，以及支承轴颈与壳心表面之间的位置精度和光洁度。与壳心表面之间的位置精度和光洁度。支承轴颈支承轴颈为主轴基为主轴基准，是准，是工艺基准工艺基准和和测量基准测量基准。 Metal Cutting & Machine Tools 机床主轴组件设计机床主轴组件设计二、机床主轴传动件布置二、机床主轴传动件布置1、主轴传动件类型选择、主轴传动件类型选择 常用传动件有：齿轮、蜗

11、轮、带轮和原动机等。常用传动件有：齿轮、蜗轮、带轮和原动机等。 2、主轴传动件布置、主轴传动件布置主轴不承受传动力主轴不承受传动力 高精度或精密机床的主轴上，往往采用高精度或精密机床的主轴上，往往采用“卸荷式卸荷式”传动传动件，只传递转矩而卸掉径向力。件，只传递转矩而卸掉径向力。Metal Cutting & Machine Tools 机床主轴组件设计机床主轴组件设计二、机床主轴传动件布置二、机床主轴传动件布置1、主轴传动件类型选择、主轴传动件类型选择 常用传动件有：齿轮、蜗轮、带轮和原动机等。常用传动件有：齿轮、蜗轮、带轮和原动机等。 2、主轴传动件布置、主轴传动件布置主轴尾端承受