主軸部件設計課件

1、3.6 主軸部件設計 功用：支承并帶動工件或刀具旋轉進行切削，承受切削力和驅動力等載荷，完成表面成形運動。 組成：支承軸承、傳動件、密封件、定位元件、主軸。 一、主軸部件應滿足的基本要求 1、旋轉精度 a. 概念：主軸的旋轉精度是指裝配后，在無載荷、低速轉動的條件下，在安裝工件或刀具的主軸部位的徑向和軸向跳動。 b影響因素：旋轉精度取決于主軸、軸承、箱體孔等的制造、裝配和調整精度。 2、剛度 a. 概念：主軸部件的剛度指其在外載荷作用下抵抗變形的能力。（以主軸前端產生單位位移的彈性變形時，在位移方向上施加的作用力來定義）。 靜剛度 作用力是靜力引起的 彈性變形 圖354b. 動剛度 作用力是交

2、變力引起的 彈性變形 c. 影響因素：主軸的尺寸和形狀，滾動軸承的類型和數量、預緊和配置形式、傳動件的布置方式、主軸部件的制造和裝配質量。 3、抗振性 a.概念：抗振性指抵抗受迫振動和自激振動的能力 沖擊力和交變力是由材料硬度不均勻，加工余量的變化，主軸部件不平衡，軸承或齒輪存在缺陷以及切削過程中的顫振引起。 b.影響因素：主軸部件的靜剛度，質量分布及阻尼高精度機床 810精密機床 1520 連續(xù)運轉允 許溫升普通機床 3040 二、主軸部件的傳動方式分類 齒輪傳動 按主軸的轉速、傳遞的 扭矩，運動平穩(wěn)性帶傳動 要求、結構、裝卸、維 修要求選取電機直接驅動 特點：靠摩擦力傳動（除同步齒形帶外）

3、，結構簡單，制造容易，成本低，適用于大中心距傳動，皮帶吸振，傳動平穩(wěn)，噪聲小，適宜變速傳動，打滑起過載保護。 缺點：有滑動，不能用于速比要求準確的場合。 同步齒形帶：帶上的齒形與帶輪上的輪齒相嚙合傳遞運動和力，無滑動，傳動比準確，傳動精度高，強度高。 3、電機直接驅動 電機轉子軸與主軸制成一體（圖353）。 結構簡化，提高了剛度，降低了噪聲和振動，有寬的調速范圍，大的輸出功率和扭矩。 用于精密機床，高速加工中心，數控車床。 三、主軸部件結構設計 （一）主軸部件的支承數目 1、前、后兩支承（P100 圖3-25） 前支承為雙列短圓柱滾子軸承,后為圓錐滾子軸承。 結構簡單，制造方便，易保證精度，需

4、消除間隙和預緊。 2、三支承 見圖3-24 前后支承為主，中間支承為輔。 前、中支承為主，后支承為輔。（多采用） 三支承方式對三支承孔的同心度要求較高，制造裝配復雜，乃需消除間隙和預緊，但不能三個軸承都預緊，以免干涉。 （二）推力軸承位置配置形式 推力軸承的配置形式影響主軸軸向剛度和熱變形的方向和大小。 2、后端配置 兩個方向的推力軸承都布置在后支承處。較少用，發(fā)熱小、溫度低，主軸受熱后向前伸長，影響軸向精度，用于普通精度機床，立銑，多刀車床。 3、兩端配置 兩個方向的推力軸承分別布置在前后兩個支承處，這類配置方案當主軸受熱伸長后，影響軸承的軸向間隙，為避免松動，可用彈簧消除間隙和補償熱膨脹，

5、用于短主軸，如組合機床。 （三）主軸傳動件位置的合理布置 1、傳動件在主軸上軸向位置的合理布置 合理布置傳動件在主軸上的軸向位置，可以改善主軸的受力情況減小其變形，提高主軸的抗振性。 布置原則：傳動力引起的主軸彎曲變形要小，引起主軸前軸端在影響加工精度敏感方向上的位移要小。（不疊加） i 傳動件放在兩個支承中間靠近前支承處，受力較好，用得最為普遍 ii 傳動件放在軸前懸伸端，主要用于大轉盤的機床，如立車、鏜床等，傳動齒輪直接安裝在轉盤上。 iii 傳動件放在后懸伸端，較多地用于帶傳動，為了更換傳動帶方便，如磨床。Q Q1 F 2、驅動主軸的傳動軸位置的合理布置 主軸受到的驅動力相對于切削力的方

6、向取決于驅動主軸的傳動軸位置。應盡可能將該驅動軸布置在合理位置，使驅動力引起的主軸變形可抵消一部分因切削力引起的主軸軸端精度敏感方向上的位移。 （四）主軸主要結構參數的確定 主軸的主要結構參數有：主軸前、后軸頸的直徑D1、D2，主軸內孔直徑d，主軸前端懸伸量a，主軸主要支承間的跨距L。圖3-56 （主軸的頭部已經標準化，用以安裝標準刀具和夾具，其形狀和尺寸，參考機床設計手冊，同類型機床。） 2、主軸材料和熱處理（P125 表3-11） 主軸的材料應根據載荷特點，耐磨性要求、熱處理方法及熱處理變形情況選擇。 普通機床用中碳鋼（45鋼），調質處理后，在主軸端部、錐孔、定心軸頸或定心錐面部位局部高頻

7、淬火，提高耐磨性。 精密機床、大載荷機床用合金鋼，軸承的軸肩淬火，提高耐磨性。 3、主軸的技術要求 設計要求、工藝要求、檢驗要求 尺寸公差、形位公差、表面粗糙度、表面硬度。圖3-57 （莫氏錐度是一個錐度的國際標準，用于靜配合以精確定位。由于錐度很小，可以傳遞一定的扭距，又因為有錐度，又便于拆卸 ） 四、主軸滾動軸承 （一）主軸部件主支承常用滾動軸承 角接觸軸承 雙列短圓柱滾子軸承 圓錐滾子軸承 推力軸承 雙向推力角接觸軸承 （二）幾種典型的主軸軸承配置形式 1、速度型 圖3-64a 主軸前后軸承都采用角接觸球軸承（兩聯(lián)或三聯(lián)），當軸向切削分力較大時，選25的球軸承，軸向切削分力較小時，選15

8、球軸承在相同的工作條件下，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，但承載力較小，適用于高速輕載或精密機床，如高速鏜削單元，高速CNC車床。 2、剛度型 圖3-64b 前支承采用雙列短圓柱滾子軸承受徑向載荷和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，用于中等轉速和切削負載較大，要求剛度高的機床，如數控車床，鏜削單元。 3、剛度速度型 圖3-64c 前軸承采用三聯(lián)角接觸球軸承，后支承采用雙列短圓柱滾子軸承，動力從后端傳入，后軸承要承受較大的傳動力，所以采用雙列短圓柱滾子軸承。 前軸承的配置特點是：外側的兩個角接觸軸承大口朝向主軸工作端，承受主要方

9、向的軸向力；第三個角接觸則通過軸套與外側的兩個軸承背靠背配置，使三聯(lián)角接觸軸承有一個較大支承跨，以提高承受顛覆力矩的剛度。 用于要求徑向剛度好，有較高轉速的機床。 （三）滾動軸承精度等級的選擇 主軸軸承中，前、后軸承的精度對主軸旋轉精度的影響是不同的。 1、前軸承軸心有偏移 ，后軸承偏移量為0，由偏移量 引起的主軸端軸心偏移為： （ ： =（L+a）：L）。 b 后軸承 前軸承 主軸端 加工處 L a 300 a a1 a2 （ ： =（L+a）：L） 2、后軸承偏移 ，前軸承偏移為0，主軸端部的偏移為： 后軸承 前軸承 主軸端 加工處 b L a 300 b a b1 b2 顯然，前支承的精

10、度比后支承對主軸部件的旋轉度影響大，故前軸承的精度比后軸承的精度高一級。 3、前、后軸承的偏移方向放在同一側，且后軸承的偏移量適當地比前軸承的大，可使主軸的端部都偏移量為0。b a 1 2 b a L a 300 后軸承 前軸承 主軸端 加工處 4、主軸軸承精度選擇 見P134 表3-15 （四）主軸滾動軸承的預緊 預緊目的： 提高主軸部件的旋轉精度、剛度、抗振性 預緊方法： 采用加載荷的方法，消除軸承間隙，且有一定的過盈量，使?jié)L動體和內、外圈接觸部分產生預變形，增加接觸面積，提高支承剛度和抗振性。分類： 軸向預緊 徑向預緊預緊力 輕預緊 代號A 用于高速主軸（三級） 中預緊 代號B 用于中、低速 主軸 重預緊 代號C 用于分度主軸 1、雙列短圓柱滾子軸承預緊（不要求調心） 方法一：螺母軸向移動軸承內圈，因內圈是1：12的錐孔，使內圈徑向脹大，而實現預緊。 方法二：圖366用調整環(huán)的長度實現預緊，采用過盈套進行軸向固定。過盈套也稱階梯套，即將過盈配合的軸，孔制成直徑尺寸略有差別的兩段。圖372 軸徑為 d2=d1-S1 孔徑D1=D2+S2 裝配時，兩段全為過盈配合。用過盈套緊緊將軸承固定在主軸上。 過盈套替代螺母的優(yōu)點：保證定位端面與軸心線垂直；主軸不必因加工螺紋而直徑減小，增加了主軸剛度；降低了主軸的不平衡，提高了旋轉