第九章主轴组件.ppt

第九章主轴组件,基本要求与重点：1、掌握主轴组件的定义、组成、功用及其基本要求；2、了解主轴外形的特点、内孔的用途，以及主轴的热处理方式；掌握主轴材料的选择原则；3、掌握两支承主轴轴承配置形式适应的三个要求，以及三支承主轴的采用条件；4、掌握三种主轴轴向定位方式的优缺点及适用范围；5、了解电主轴的基本概念及结构。,本节难点：主轴的轴向定位及其轴向力的传递。,9-1对主轴组件的基本要求,定义：机床上回转运功的执行件。,一、主轴组件的组成,基本要求,二、主轴组件的基本要求,“敏感方向”是指通过切削点并垂直于切削所形成的表面的方向。,1旋转精度(1)主轴旋转精度和敏感方向瞬时旋转中心线对理想旋转中心线的位置偏离，就是旋转主轴的瞬时误差，又叫“旋转误差”，其范围就是主轴的“旋转精度”。,(2)主轴旋转精度的测量和评定方法1）静态测量评定法,2)动态测量评定法,(1)定义：指其在外加载荷作用下抵抗变形的能力。,2刚度,(2)刚度对主轴组件工作质量的影响a.加工精度方面b.传动质量方面c.工作平稳性方面,3抗振性定义:是指其抵抗受迫振动和自激振动而保持平稳地运转的能力。(1)抵抗受迫振动的能力(2)抵抗切削自激振动的能力(3)机床稳定性条件,4温升和热变形,5耐磨性定义：是指主轴组件长期地保持其原始制造精度的能力，也称为精度保持性。6其他(1)主轴的定位可靠(2)主轴前端结构应保证工件或刀具装卡可靠(3)结构工艺性好,第二节主轴组件的布局,一、两支承主轴轴承的配置形式,适应刚度和承载能力要求,按刚度和承载能力,适应转速要求,按允许最高转速,适应精度要求：主轴轴向定位方式直接影响主轴组件的轴向位置精度。,二、三支承主轴组件,采用条件:,由于结构设计的原因，导致主轴箱长度较长，应增加一个支承来提高主轴组件的刚度和抗振性。,以前、中支承为主要支承的约占80%；以前、后支承为主要支承的约占20%。,三、典型配置型式简介,1双列圆柱滚子轴承主轴组件,优点:结构简单,刚度较高,转速较高。缺点：轴承数量多，发热量大，支承温度高，使主轴轴线上抬。,2圆锥滚子轴承主轴组件,特点:能同时承受径向和轴向载荷，轴承数量少，支承结构简单，间隙调整方便。,特点：径向刚度和轴向刚度高，极限转速较高。,3角接触球轴承主轴组件,特点:径向尺寸小，结构紧凑，转速高，载荷轻。,4.推力轴承主轴组件,摇臂钻床的主轴组件,特点：承受轴向载荷较大，径向载荷不大，旋转精度不高。,5滚针轴承主轴组件,特点：径向刚度较高，径向尺寸小。,四、传动件的合理布置,1传动方式的选择,2传动件的轴向位置,第三节主轴,一、主轴的结构,主轴的结构和形状主要取决于主轴所安装的刀具、夹具、传动件、轴承及密封装置等的类型、数目、位置和安装方法，同时还要考虑主轴的加工和装配工艺性。,主轴的外形为阶梯轴,内孔：用于通过棒料、拉杆和取出顶尖。,几种常见的主轴端部的结构形式：,二、主轴的材料与热处理,主轴材料主要根据刚度、载荷特点、耐磨性和热处理变形大小等因素选择。,原因：当几何形状与尺寸已定，刚度主要决定于材料的弹性模量；钢的弹性模量与钢的种类、热处理方式无关。,选用合金钢的条件,常用的热处理方式,三、主轴的技术要求,1设计要求首先满足主轴旋转精度所必须的技术要求，在此基础上，再考虑制订为其他性能所需的要求。,2工艺要求即考虑到制造的可能性和经济性，并尽量做到工艺基准与设计基准统一。,3检测要求应考虑采用简便、准确而又可靠的测量手段和计算方法对工件进行检测。,4图面质量的要求,第四节主轴滚动轴承,基本要求：,旋转精度、刚度高，承载能力大；温升小、噪声低；速度性能好，抗振性好，寿命长；结构紧凑，调整和维修方便。,滚动轴承的优点：能适应很大的变速范围，并能满足主轴组件旋转精度、刚度和工作温度的要求；滚动轴承由专业工厂生产，质量稳定，成本低，经济性好；容易润滑。,缺点：滚动体数目有限，工作时刚度发生变化，易产生振动和噪声；滚动轴承摩擦力大，阻尼比小；径向尺寸较大。,一、常用主轴滚动轴承的类型,1.角接触球轴承,特点：既能承受径向载荷，又能承受轴向载荷，转速较高，内外圈轴向移动可调整间隙，实现预紧。,特点:a.两排短圆柱滚子交错排列，滚子数量为50一60个，载荷均布。b.径向刚度和承载能力较大，旋转精度高。c.不能承受轴向载荷；d.由于内圈较薄且开了两条滚道，导致厚薄不匀，调整间隙时易使内圈滚道畸变。,2双列圆柱滚子轴承,特点:a.承受双向轴向载荷。b.接触角大，钢球直径较小而数量较多，轴承承载能力和精度较高。c.允许的极限转速高，而且温升低，运转平稳和工作可靠。d.可精确地调整轴承的间隙和预紧。,3双向推力角接触球轴承,特点:a.既可承受径向载荷，又可承受双向轴向载荷。b.由于滚子数量多，故刚度和承载能力大。c.它的制造精度高。d.滚子大端的端面与内圈挡边间为滑动摩攘，发热较多，极限转速也低于同尺寸的圆柱滚子轴承。,4双列圆锥滚子轴承,5加梅轴承,a.H系列的两列滚子数量差一个而使两列的刚度变化频率不同，以抑制振动。b.P系列的外圈上有预紧用的16至20个弹簧。c.轴承的滚子是空心的，而保持架是整体的，油通过滚子的中孔，冷却滚子。,特点:,二、滚动轴承间隙的调整和预紧,1.滚动轴承的预紧,2滚动轴承的间隙调整,3调整螺母的防松,分为液体滑动轴承和气体滑动轴承；液体滑动轴承有动压轴承和静压轴承之分。,第五节主轴滑动轴承,一、液体动压轴承1短三瓦滑动轴承,2阿基米德曲线多油楔轴承,二、液体静压轴承,优点：(1)具有良好的速度与方向适应性。(2)可获得较高的承载能力。(3)摩擦力小、轴承寿命长。轴承能长期地保持精度。(4)旋转精度高，抗振性好。缺点：要求配备一套专用供油系统，对供油系统的过滤和安全保护要求严格，轴承制造工艺复杂。,1静压轴承的工作原理,静压轴承系统一般由供油系统、节流器和轴承三部分组成。,2静压轴承的节流器,作用：利用小孔、隙缝对液流的阻力(即节流阻力)来限制流入轴承每一油腔的流量，造成压力损失，从而实现各油腔之间的压力差。分固定节流器和可变节流器两大类。,(1)固定节流器有毛细管节流器和小孔节流器两种。,(2)可变节流器,有薄膜式和滑阀式两种。a薄膜可变节流器,第六节主轴组件的计算,步骤：(1)搜集和分析资料；(2)初选结构参数;(3)初步确定主轴组件的布局;(4)绘制结构草图，并根据结构上的要求对布局和参数进行修改；(5)进行必要的验算;(6)根据验算结果修改草图并绘制装配图和零件图等。,一、主轴组件结构参数的确定,1主轴直径的选择(1)根据机床主电机功率来确定D1,(2)根据机床主参数来确定D1,2主轴内孔直径,刚度与直径之间有下列关系：,3主轴前端悬伸量,(1)主轴组件的静力学模型,4两支承主轴的支承跨距,(2)yl的计算,X=2.89；对于空心主轴(d/D=0.550.6)，X=4.61,设前、后支承刚度为k1、k2；支承反力为RA、RB。则前、后支承的弹性变形A、B分别为:,(3)y2的计算,(4)主轴组件的刚度和最佳跨距,主轴组件的柔度(mN或mmN)为:,(5)主轴组件的刚度损失和合理跨距,LL0，令LL0=1时的刚度为100%，则当0.75(LL0)1.5时，认为是合理的刚度损失，即L合理=(0.751.5)L0,5主轴节点,在切削力F作用下，主轴上位移为零之点D称为主轴节点。主轴端的位移yQ=0。,6三支承主轴的支承跨距,三支承主轴的支承刚度应遵循k1k2k3的原则.三支承主轴的L和L1应遵循如下原则：(1)目前大部分三支承主轴组件以前、中支承为主要支承。L1的选取按L1=L0。或Ll=L合理。(2)以前、后支承为主要支承的三支承主轴组件中，中支承相当于一个附加阻尼器，起到提高抗振性的作用，应将中支承偏离节点且布置于主轴上径向振幅最大处。,二、主轴组件的验算,1主轴组件的受力分析,第七节提高主轴组件性能的一些措施,一、提高主轴组件的旋转精度,1.应根据机床的精度等级来选择相应精度等级的轴承。2.与轴承相配的主轴轴颈和支承座孔应具有必要的制造精度和表面质量。3.如果能合理地选配安装，就可提高主轴的旋转精度。,二、提高主轴组件的刚度,1.提高主轴组件刚度最有效的措施是加大主轴直径D。2.由于y正比于悬伸长度a3，故减小a是提高刚度的次要措施。3.提高前支承刚度kl也能提高主轴组件的刚度。4.使跨距L=L0或L=L合理，从而使主轴组件具有最大的综合刚度。,三、提高主轴组件的抗振性,提高主轴刚度的一些措施，对提高抗振性也同样有效。还可采取下列措施：,1增加阻尼对滚动轴承施加适当的预紧可增加阻尼。在主轴上径向振幅最大处设置阻尼器，可得到较好的减振效果。有的精密车床，在主轴轴承与座孔配合面处注入粘性油脂，可增加支承阻尼，振幅明显下降。,2增加平衡装置在主轴上设置飞轮，以吸收振动。对于高速主轴，应考虑在主轴上相距最远的两个齿轮中，设置有重量和位置均可调的平衡块装置。3采用消振器消振装置，有效