第10章-主軸組件.ppt

高剛度結(jié)構(gòu),前支承用雙列圓柱滾子軸承承受徑向載荷和60角接觸雙列向心推力球軸承承受軸向載荷，后支承采用雙列短圓柱滾子軸承。,適用于中等轉(zhuǎn)速和切削負(fù)載較大，要求剛度高的機床。如數(shù)控車床主軸、鏜削主軸單元等。,高速結(jié)構(gòu),主軸前后軸承都采用角接觸球軸承（兩聯(lián)或三聯(lián)）。根據(jù)軸向切削分力的大小，可選用接觸角為25、15的球軸承；在相同工作條件下，前者的軸向剛度比后者大一倍。,角接觸球軸承具有良好的高速性能，但它的承載能力較小，因而適用于高速輕載或精密機床，如高速鏜削單元、高速CNC車床等。,速度剛度結(jié)構(gòu),第十章主軸組件,組成主軸、軸承、傳動件(齒輪、帶輪)、緊固件（如螺母）、密封件等大多數(shù)機床都具有主軸組件；刨床、拉床除外有的機床只有一個主軸組件，有的有多個，如磨床、組合機床,主軸組件功用,支承并帶動工件或刀具，完成表面成形運動；傳遞運動和轉(zhuǎn)矩；承受切削力和驅(qū)動力等載荷。靜態(tài)、動態(tài)和熱態(tài)特性直接影響加工質(zhì)量；轉(zhuǎn)速影響機床的切削生產(chǎn)率；是機床的一個重要部件。,主軸和傳動軸,共同點兩者都傳遞運動、轉(zhuǎn)矩并承受傳動力，都要保證傳動件和支承的正常工作。不同點主軸直接承受切削力，還要帶動工件或刀具，實現(xiàn)表面成形運動。主軸組件有較高的要求,主軸組件的特點,結(jié)構(gòu)上：解決工件或刀具在主軸上的定位和裝夾；主軸與軸承以及軸承與支承座孔的定位和裝夾；主軸軸承的潤滑與密封以及軸承間隙的調(diào)整等問題。工藝上：便于制造、裝配、調(diào)整和維修。使用上：有與機床相匹配的旋轉(zhuǎn)精度、剛度、動態(tài)和熱態(tài)特性、耐磨性等要求。,第一節(jié)主軸組件的基本要求,保證主軸在一定的載荷與轉(zhuǎn)速下，能帶動工件或刀具精確而可靠地繞其旋轉(zhuǎn)中心線旋轉(zhuǎn)，并能在其額定壽命期內(nèi)穩(wěn)定地保持這種性能,1）旋轉(zhuǎn)精度,無載荷、手動或低速轉(zhuǎn)動條件下，主軸前端安裝刀具或工件的基準(zhǔn)面的徑向跳動、端面跳動,取決于主軸、軸承、箱體孔的制造精度和裝配、調(diào)整精度。,2）靜剛度,主軸抵抗外力引起變形的能力,3）抗振性,抵抗受迫振動和自激振動而保持平穩(wěn)地運轉(zhuǎn)的能力,主軸組件的靜剛度；固有頻率；阻尼特性。剛度和阻尼比越大越不易產(chǎn)生振動。,影響因素：,4）溫升和熱變形,主軸組件工作時，由于摩擦和攪油等而發(fā)熱，產(chǎn)生了溫升。溫升使主軸組件因熱膨脹而變形，稱為熱變形。,主軸軸承在最高轉(zhuǎn)速空轉(zhuǎn)、連續(xù)運轉(zhuǎn)至熱穩(wěn)態(tài)時允許溫升為：高精度機床810精密機床和數(shù)控機床1520普通機床3040滾動軸承溫度不得超過70滑動軸承溫度不得超過60,軸承間隙和預(yù)緊力的大小；潤滑方式和散熱條件,5）耐磨性,長期保持原始精度的能力，即精度的保持性。,磨損后對精度有影響的部位首先是軸承。其次是安裝夾具、刀具或工件的定位面和錐孔,還有如鉆、鏜床的移動式主軸的內(nèi)、外導(dǎo)向表面。,第二節(jié)主軸軸承的選擇和主軸的滾動軸承,滾動軸承的特點：,能在轉(zhuǎn)速和載荷變化幅度很大的條件下穩(wěn)定地工作；能在無間隙，甚至預(yù)緊的條件下工作；摩擦系數(shù)小，有利于減少發(fā)熱；潤滑容易，脂或油；由軸承廠專門生產(chǎn)，可以外購。,滾動體數(shù)量有限，在旋轉(zhuǎn)中徑向剛度變化，同時引起振動；阻尼較低；徑向尺寸較大。,角接觸球軸承圓柱滾子軸承推力球軸承深溝球軸承圓錐滾子軸承滾針軸承,角接觸球軸承,接觸角=15,轉(zhuǎn)速高、軸向剛度低，多用于軸向載荷小，轉(zhuǎn)速較高的地方（磨床主軸）或不受軸向載荷的車、鏜、銑床的主軸后軸承,接觸角=25,軸向剛度高；徑向剛度和允許的轉(zhuǎn)速略低；多用于軸向載荷大的地方；如車、鏜、銑床和加工中心主軸。,把內(nèi)外圈相對軸向位移，可以調(diào)整間隙，實現(xiàn)預(yù)緊；多用于高速主軸；為適應(yīng)數(shù)控機床轉(zhuǎn)速的提高，國外已開發(fā)了超高速角接觸球軸承，采用陶瓷滾珠和減小滾珠直徑。,雙列圓柱滾子軸承,特輕型；常用；滾道環(huán)槽開在內(nèi)圈上；滾動體、保持架、內(nèi)圈為一體。外圈可分離；內(nèi)圈錐度1:12。,17,特點,滾子數(shù)多（5060個），兩列滾子交錯排列，與其它軸承相比在大小相同時，這類軸承剛度較高、承載能力大、允許轉(zhuǎn)速較高。內(nèi)圈有1:12的錐孔與主軸的錐形軸頸相配軸向移動，內(nèi)圈脹大以消除間隙并預(yù)緊。軸承內(nèi)外圈可分離，只能承受徑向載荷。適用于載荷和剛度較高、中等轉(zhuǎn)速的場合。,18,雙向推力角接觸球軸承,234400（2268100）系列60雙向推力角接觸深溝球軸承；特輕型234400與NN3000K；（3182100）系列、超輕型234900與NNU4900BK系列軸承配套使用，以承受雙向軸向載荷。組成：外圈3、內(nèi)圈1和6、隔套4消除間隙和預(yù)緊：修磨隔套4的厚度,特點,接觸角大，鋼球直徑較小而數(shù)量較多，軸承承載能力和精度較高。極限轉(zhuǎn)速比一般推力球軸承高出1.5倍，與同孔徑的雙列圓柱滾子軸承NN3000K（3182100）型軸承相同。適用于高轉(zhuǎn)速、較大軸向力、中等以上載荷的主軸前支承處。,2020年5月4日,深溝球軸承,一般不能調(diào)整間隙；常用于精度和剛度要求不太大的地方，如鉆床主軸；軸向載荷由配套的推力軸承承受。,21,圓錐滾子軸承,能承受徑向和軸向載荷，承載能力和剛度較高；滾子大端與內(nèi)圈擋邊之間是滑動摩擦，發(fā)熱較多，允許的轉(zhuǎn)速較低。,22,雙列圓錐滾子軸承,軸承組成：外圈2、兩個內(nèi)圈1和4、隔套3；調(diào)整間隙或預(yù)緊：修磨隔套3的厚度；外圈軸肩，一端抵住箱體或主軸套筒的端面，另一端用法蘭壓緊，實現(xiàn)軸向定位。因此，箱體孔可做成通孔，便于加工。,它既可以承受徑向載荷，又可以承受雙向軸向載荷。滾錐數(shù)量多，承載能力和剛度大，軸承制造精度高。適用于中低速、中等以上載荷的機床主軸的前支承處。注意潤滑和冷卻條件。,主軸滾動軸承的精度,SP級和UP級作為補充；旋轉(zhuǎn)精度，相當(dāng)于P4級和P2級；(高)內(nèi)外圈的尺寸精度，則相當(dāng)于P5級和P4級(低),軸承的工作精度主要決定于旋轉(zhuǎn)精度“成套軸承的內(nèi)圈徑向跳動”Kia“成套軸承的外圈徑向跳動”Kea“軸圈滾道對底面的變動量”Si,表10-3,轉(zhuǎn)速,以dmn值（mmr/min）作為衡量轉(zhuǎn)速性能的指標(biāo)的。dm（mm）是內(nèi)、外徑平均值；n是轉(zhuǎn)速（r/min）,決定軸承壽命的是疲勞點蝕和磨損降低精度。,壽命,一般機床，由于主軸較粗，載荷相對來說不大，往往以磨損后精度下降作為失效的依據(jù)的?！熬葔勖?剛度,球軸承,滾子軸承,(10-4),(10-5),(10-6),(10-7),滾子軸承，剛度與載荷的0.1次冪成正比，載荷對剛度的影響不大。因此，計算時可不考慮預(yù)緊。球軸承，剛度與載荷的1/3次冪成正比，預(yù)緊力對剛度的影響明顯，計算時應(yīng)考慮預(yù)緊力。,第三節(jié)主軸,主軸的結(jié)構(gòu)主軸材料與熱處理方法主軸技術(shù)要求,為了便于裝配和滿足軸承、傳動件等軸向定位的需要，主軸一般是階梯形的軸。有些主軸是空心的，如車床、銑床、加工中心等的主軸。中孔用以通過棒料等。d/D0.7時，慣性矩下降約24。為了不致使主軸的剛度受太大的影響，孔徑不宜超過外徑的70。,主軸的結(jié)構(gòu),一般機床主軸：常用45鋼，調(diào)質(zhì)到220250HBS，主軸端部錐孔、定心軸頸或定心圓錐面等部位局部淬硬至HRC5055。,滾動軸承軸頸可不淬硬，但是不少主軸為了防止敲碰損傷軸頸的配合表面，軸頸處仍然進行淬硬；滑動軸承軸頸處需高頻淬硬，保證耐磨性。,若為重負(fù)荷，為提高抗疲勞性能，可選40Cr,主軸材料與熱處理方法,精密機床主軸，要求在長期使用中因內(nèi)應(yīng)力引起的變形要小，故應(yīng)選用在熱處理后殘余應(yīng)力小的材料,如40Cr或20Cr、16MnCr5、12CrNi2A等滲碳淬硬,滑動軸承上的高精度磨床的主軸、鏜床和坐標(biāo)鏜床主軸，要求有很高的耐磨性，可選用38CrMoAlA，進行氮化處理，使表面硬度達到HV11001200（相當(dāng)于HRC6972）,主軸的技術(shù)要求,主軸組件,中等轉(zhuǎn)速，較高剛度,轉(zhuǎn)速較高，剛度略低,磨床類主軸：特點高轉(zhuǎn)速,滾動軸承的預(yù)緊,37,主軸組件的傳動1、傳動方式（傳動件：齒輪和帶）齒輪v30m/s絲帶v35m/s)2、主軸傳動件的布置傳動齒輪位于前后軸承之間（圖109），靠前軸承，減少主軸彎曲變形。傳動齒輪位于后軸承后（圖108、1010）主軸裝多個齒輪時，大齒輪靠近前軸承，承載力大。傳動件是皮帶時，皮帶靠后。,動態(tài)特性,兩端支承簡化為兩個彈簧。三個振型：（1）平移主軸作為一個剛體在彈性支承上作平移振動，如圖b所示。主軸各點振動方向一致。（2）搖擺主軸作為剛體在彈性支座上搖擺。左右振動方向相反。振動線與軸心線交點P稱為節(jié)點。（3）彎曲主軸作彎曲振動。主軸中間與兩端的振動方向相反。共有兩個節(jié)點P1、P2。這兩個節(jié)點離支承點不遠。