第十章主轴组件

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1、P1 主轴组件是机床的一个重要组成部分主轴组件是机床的一个重要组成部分 主轴部件：主轴部件：是由主轴、主轴轴承和安装在主轴上的传动是由主轴、主轴轴承和安装在主轴上的传动件、密封件和固定件等组成。件、密封件和固定件等组成。 功功 用：用： 安装并支承安装并支承带动带动工件或刀具完成表面成形运动；工件或刀具完成表面成形运动；传递转矩、承受切削力和驱动力等载荷。传递转矩、承受切削力和驱动力等载荷。 结构型式：结构型式：有卧式、立式和倾斜式的不同布置方式。有卧式、立式和倾斜式的不同布置方式。端面跳动o轴向窜动or径向跳动r 对机床主轴的要求，有与一般传动轴共同之处：都对机床主轴的要求，有与一般传动轴共

2、同之处：都要要在一定的转速下传递一定得转矩，保证轴上的传动件在一定的转速下传递一定得转矩，保证轴上的传动件和轴承正常的工作条件和轴承正常的工作条件。 但是，主轴又是直接带着工件或刀具进行切削的。但是，主轴又是直接带着工件或刀具进行切削的。机床的机床的加工质量加工质量，在很大程度上，在很大程度上靠主轴组件保证靠主轴组件保证。 主轴直接承受切削力，通用机床主轴直接承受切削力，通用机床(包括数控机床包括数控机床)的的转速变化范围又往往很大转速变化范围又往往很大。因此，对于主轴组件，又有。因此，对于主轴组件，又有的许多特殊要求。的许多特殊要求。P2P3 机床在空载低速时，主轴前端安装刀具或夹具部机床在

3、空载低速时，主轴前端安装刀具或夹具部位的位的径向跳动径向跳动、端面跳动、轴向窜动端面跳动、轴向窜动和和角度摆动角度摆动。 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：P4 静刚度：静刚度：是指其在外界载荷的作用下抵抗变形的能力是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用力的大小来表示，比值越大，说明刚度越好。所加的作用力的大小来表示，比值越大，说明刚度越好。 如图所示如图所示 K= FK= F（牛（牛/ /微米）微米） P5 抗振性：抗振性：是指其是指其抵抗受迫振动和自激振动而保

4、持平稳地抵抗受迫振动和自激振动而保持平稳地运动的能力运动的能力。用主轴端部测得的最大振幅来衡量的。振。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。幅越小，抗振性越好。 受迫振动：受迫振动：是由机床是由机床外部的振源外部的振源或机床其他部件振动及或机床其他部件振动及主轴部件本身所引起的。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。 P6 机床在工作时，机床在工作时，各相对运动处的摩擦，搅油等耗损而各相对运动处的摩擦，搅油等耗损而发热造成的温差，发热造成的温差，称为称为温升。温升。 使主轴部件在形状和位置上产生畸变使主轴部件在形状和位置上产生畸变

5、，称为，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部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，也分的位置上的变化来度量，也可用温升近似的表达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P7 耐磨性耐磨性又叫又叫精度保持性精度保持性：是主轴组件长期的保持其原：是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，对摩擦表面要进行热处理和化学处理。硬度，对摩擦表面要进行热处理和化学处

6、理。 综合上述：综合上述： 机床的工作精度机床的工作精度 - - 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 - - 温升和热变形温升和热变形P8此外还有结构上的要求：此外还有结构上的要求： （1）主轴的）主轴的定位可靠定位可靠，轴向、径向（在切削力和传，轴向、径向（在切削力和传动力作用下）。动力作用下）。 （2）主轴端部的结构要保证工件或刀具的装夹定位）主轴端部的结构要保证工件或刀具的装夹定位可靠及足够的可靠及足够的定位精度定位精度。 （3）保持长期）保持长期可靠的运转，润滑与密封可

7、靠的运转，润滑与密封。 （4）结构工艺性好结构工艺性好，好造、好装、好拆、好修。并，好造、好装、好拆、好修。并降降低成本低成本。P9 一、主轴轴承的选择一、主轴轴承的选择 机床主轴用的轴承，有机床主轴用的轴承，有滚动滚动和和滑动滑动两类。从旋转精度两类。从旋转精度来看，两类轴承都能满足要求。其他指标相比，滚动轴承来看，两类轴承都能满足要求。其他指标相比，滚动轴承比滑动轴承的比滑动轴承的优点是优点是：（1）滚动轴承能在转速和载荷变化幅度很大的条件下）滚动轴承能在转速和载荷变化幅度很大的条件下稳稳定地工作定地工作。（2）滚动轴承能在）滚动轴承能在无间隙无间隙，甚至在预紧，甚至在预紧(有一定的过盈量

8、有一定的过盈量)的条件下工作。的条件下工作。P10 一、主轴轴承的选择 机床主轴用的轴承，有滚动和滑动两类。从旋转精度来看，两类轴承都能满足要求。其他指标相比，滚动轴承比滑动轴承的优点是：（3）滚动轴承的）滚动轴承的摩擦系数小摩擦系数小，有利于减少发热。，有利于减少发热。（4）滚动轴承润滑容易，可以用）滚动轴承润滑容易，可以用脂润滑脂润滑，一次装填一直，一次装填一直用到修理时才换脂。如果用油润滑，单位时间所需的油量用到修理时才换脂。如果用油润滑，单位时间所需的油量也远比滑动轴承小。也远比滑动轴承小。（5）滚动轴承是由轴承厂生产，）滚动轴承是由轴承厂生产，可以外购可以外购。 缺点是：缺点是：（1

9、）滚动体的数量有限，所以在旋转中的）滚动体的数量有限，所以在旋转中的径向刚度是变化径向刚度是变化的。这是引起振动的原因之一。的。这是引起振动的原因之一。（2）辊动轴承的）辊动轴承的阻尼较低阻尼较低。（3）滚动轴承的）滚动轴承的径向尺寸径向尺寸比滑动轴承比滑动轴承大大。 在一般情况下应在一般情况下应尽量采用滚动轴承尽量采用滚动轴承。特别是大多数。特别是大多数立式主轴，用滚动轴承可以采用脂润滑以避免漏油。只立式主轴，用滚动轴承可以采用脂润滑以避免漏油。只有要求有要求加工表面粗糙度数值较小加工表面粗糙度数值较小，主轴又是水平的机床主轴又是水平的机床如外圆和平面磨床、高精度机床等才用滑动轴承如外圆和平

10、面磨床、高精度机床等才用滑动轴承。主轴。主轴组件的抗振性主要决定前轴承。因此，也有的主轴前支组件的抗振性主要决定前轴承。因此，也有的主轴前支承用滑动轴承，后支承和推力轴承用滚动轴承。承用滑动轴承，后支承和推力轴承用滚动轴承。最为常用的滑动轴承有下列类最为常用的滑动轴承有下列类: :深沟球轴深沟球轴圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承推力球轴推力球轴角接触球轴承角接触球轴承圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承调心球轴承调心球轴承P13二、主轴滚动轴承类型选择二、主轴滚动轴承类型选择 主轴较粗，主轴轴承的直径较大。相对地说，轴承主轴较粗，主轴轴承的直径较大。相对地说，轴承的负载较轻。因此，一般情况下，的负载较轻。因此，一

11、般情况下，承载能力承载能力和和疲劳寿命疲劳寿命不是选择主轴轴承的主要指标不是选择主轴轴承的主要指标。 主轴轴承，应主轴轴承，应根据精度根据精度、刚度刚度和和转速选择转速选择。为了提。为了提高精度和刚度，主轴轴承的间隙应该是可调的。这是主高精度和刚度，主轴轴承的间隙应该是可调的。这是主轴轴承主要的特点。线接触的滚子轴承，比点接触的球轴轴承主要的特点。线接触的滚子轴承，比点接触的球轴承刚度高，但一定温升下允许的转速较低。轴承刚度高，但一定温升下允许的转速较低。 1角接触球轴承角接触球轴承 这种轴承可承受这种轴承可承受径向径向和和轴向轴向载荷。载荷。 接触角常见的有接触角常见的有 15和和 25两种