主軸部件設(shè)計

§3.6主軸部件設(shè)計

功用：支承并帶動工件或刀具旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切削，承受切削力和驅(qū)動力等載荷，完成表面成形運(yùn)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(yīng)滿足的基本要求1、旋轉(zhuǎn)精度

a.概念：主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指裝配后，在無載荷、低速轉(zhuǎn)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(zhuǎn)精度取決于主軸、軸承、箱體孔等的制造、裝配和調(diào)整精度。

徑向跳動影響因素：主軸軸頸的園度、軸承滾道及滾子園度、主軸及回轉(zhuǎn)件的動平衡。

軸向跳動影響因素：軸承支承端面，軸肩的垂直度，止推軸承的滾道及滾子誤差。

軸、徑向跳動影響因素：主軸主要定心面的軸、徑向跳動（錐孔誤差，mol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(chǎn)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3－54b.

動剛度作用力是交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(shù)量、預(yù)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(zhì)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(zhì)量分布及阻尼4、升溫和熱變形主軸部件運(yùn)轉(zhuǎn)時，因各相對運(yùn)動處摩擦生熱，切削區(qū)的切削熱等使主軸部件的溫度升高，形狀尺寸和位置發(fā)生變化，造成主軸部件的熱變形—引起軸承間隙變化，潤滑油粘度降低，影響主軸工作性能，降低加工精度。高精度機(jī)床8~10℃精密機(jī)床15~20℃連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)允許溫升普通機(jī)床30~40℃5、精度保持性

a.概念精度保持性指長期地保持其原始制造精度的能力

b.影響因素磨損，主軸軸承、軸頸表面、裝夾工件刀具的定位表面的磨損（磨損的速度與磨擦的種類有關(guān)，與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、粗糙度、熱處理方式、潤滑、防護(hù)、使用條件有關(guān)。）二、主軸部件的傳動方式分類齒輪傳動按主軸的轉(zhuǎn)速、傳遞的扭矩，運(yùn)動平穩(wěn)性帶傳動要求、結(jié)構(gòu)、裝卸、維修要求選取電機(jī)直接驅(qū)動

1、齒輪傳動結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，能傳遞較大的扭矩，能適應(yīng)變轉(zhuǎn)速、變載荷工作，線速度不能過高，常小于12~15m/s，不如帶傳動平穩(wěn)。

2、帶傳動類型：平帶、三角帶、多楔帶，同步齒形帶（P122圖3－52）

特點(diǎn)：靠摩擦力傳動（除同步齒形帶外），結(jié)構(gòu)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(hù)。

缺點(diǎn)：有滑動，不能用于速比要求準(zhǔn)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(yùn)動和力，無滑動，傳動比準(zhǔn)確，傳動精度高，強(qiáng)度高。

3、電機(jī)直接驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子軸與主軸制成一體（圖3－53）。結(jié)構(gòu)簡化，提高了剛度，降低了噪聲和振動，有寬的調(diào)速范圍，大的輸出功率和扭矩。用于精密機(jī)床，高速加工中心，數(shù)控車床。三、主軸部件結(jié)構(gòu)設(shè)計（一）主軸部件的支承數(shù)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(jié)構(gòu)簡單，制造方便，易保證精度，需消除間隙和預(yù)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(fù)雜，乃需消除間隙和預(yù)緊，但不能三個軸承都預(yù)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。

1、前端配置兩個方向的推力軸承都布置在前支承處，前支承處軸承發(fā)熱大，溫度高；但主軸受熱后向后伸長，不影響軸向精度，精度高，用于高精度機(jī)床，數(shù)控機(jī)床。

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(jī)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(dāng)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(bǔ)償熱膨脹，用于短主軸，如組合機(jī)床。

4、中間配置

兩個方向的推力軸承配置在前支承的后側(cè)，此方案可減少主軸的懸伸量，使主軸熱膨脹后向后伸長，但前支承結(jié)構(gòu)復(fù)雜，溫升可能較高。

（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(zhuǎn)盤的機(jī)床，如立車、鏜床等，傳動齒輪直接安裝在轉(zhuǎn)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

FQ

Q1FQ

FQ12、驅(qū)動主軸的傳動軸位置的合理布置

主軸受到的驅(qū)動力相對于切削力的方向取決于驅(qū)動主軸的傳動軸位置。應(yīng)盡可能將該驅(qū)動軸布置在合理位置，使驅(qū)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(jié)構(gòu)參數(shù)的確定

主軸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有：主軸前、后軸頸的直徑D1、D2，主軸內(nèi)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(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，用以安裝標(biāo)準(zhǔn)刀具和夾具，其形狀和尺寸，參考機(jī)床設(shè)計手冊，同類型機(jī)床。）（五）主軸1、主軸的構(gòu)造主軸的構(gòu)造和形狀主要決定于主軸上所安裝的刀具、夾具，傳動件、軸承等零件的類型、數(shù)量、位置、安裝定位方法等。設(shè)計時應(yīng)考慮主軸加工工藝性，裝配工藝性。主軸一般為空心階梯軸，前端徑向尺寸大，中間徑向尺寸逐漸減小，尾部徑向尺寸最?。ìF(xiàn)已標(biāo)準(zhǔn)化）。

2、主軸材料和熱處理（P125表3-11）主軸的材料應(yīng)根據(jù)載荷特點(diǎn)，耐磨性要求、熱處理方法及熱處理變形情況選擇。

①普通機(jī)床用中碳鋼（45鋼），調(diào)質(zhì)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淬火，提高耐磨性。

②精密機(jī)床、大載荷機(jī)床用合金鋼，軸承的軸肩淬火，提高耐磨性。3、主軸的技術(shù)要求設(shè)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(biāo)準(zhǔn)，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