机械制造装备-机床0201-17

机械制造装备航空制造工程学院焦益群21九月2023航空制造工程学院焦益群邮箱：272882059@qq.com电话：1397914761921九月2023第二章金属切削机床典型部件

第一节主轴组件

内容：对主轴部件的基本要求；主轴滚动轴承、滑动轴承的选择设计；主轴的结构设计；典型主轴部件的分析。

要求：掌握主轴部件的设计方法、能力。机床主轴：机床在加工时直接带动刀具或工件进行切削和表面成形运动的旋转轴。主轴组件的组成：主轴、轴承、传动件(如齿轮、带轮)和固定件(如螺母)等

主轴组件的功用

支承并带动工件或刀具，完成表面成形运动；传递运动和转矩；承受切削力和驱动力等载荷。主轴组件夹持着工件（车床）或刀具（钻床、镗床、铣床、磨床）直接参加表面成形运动，因此它的回转轴心线位置必须准确、稳定，以保证一定的加工精度和表面粗糙度。它的工作性能对加工质量和机床生产率有重要的影响。

一、对主轴组件的基本要求静刚度

抗振性

温升和热变形

耐磨性

旋转精度1、旋转精度旋转精度：指装配后，在无载荷、低速转动的条件下，主轴安装工件或刀具部位的径向跳动、轴向跳动、轴向窜动

。影响旋转精度的因素：各主要件(主轴、轴承、壳体孔等)的制造、装配和调整精度。各类通用机床主轴部件的旋转精度已在机床精度标准中作出规定，专用机床主轴部件的旋转精度则根据工件精度要求确定。

工作转速下旋转的精度（运动精度）（1）通常讲的旋转精度是在无载荷、低速转动的条件下。（2）当主轴以工作转速旋转时，由于润滑油膜的产生和不平衡力的扰动，旋转精度将有所变化。这个差异，对于精密和高精度机床，是不可忽略的。（3）工作转速下旋转的精度，影响因素还有：主轴的转速、轴承的性能、润滑、主轴部件的动态特性。2、刚度

主轴部件刚度K：主轴部件抵抗静态外载荷的能力。K=F／y(N/um)主轴部件的刚度越高，主轴受力后的变形越小；刚度不足，主轴及其支承处将产生较大的弹性变形。不仅影响工件的加工质量，还会破坏齿轮和轴承的正常工作条件，加快磨损，降低精度。主轴部件的刚度是综合刚度，影响因素主要有主轴的尺寸、形状;滚动轴承的型号、数量、预紧和配置形式；前后支承的距离；主轴前端的悬伸量等。3、抗振性

抗振性：指主轴受到交变切削载荷时，能够平稳地运转而不发生振动的能力。

造成影响：影响工件的表面质量；刀具耐用度；主轴轴承寿命；产生噪声。影响因素：主轴部件的刚度、固有频率、阻尼特性等。4、温升和热变形

热变形：指机床工作时，各相对运动处的摩擦和搅油，其损耗的能量转化为热，造成温升，使主轴组件在形状和位置上产生的畸变。造成影响：温升使润滑油的粘度下降或润滑脂熔化流失。热变形，使主轴伸长，轴承间隙变化，影响轴承寿命，并使主轴偏离正确位置，影响工作性能和加工精度。轴承的温升与转速有关。国标规定了轴承允许的温升、最高温度。高精度机床8～10℃（最高温度35-40）；精密机床15～20℃（40-45）；普通机床30～40℃（50-55）。5、耐磨性

耐磨性：指长期保持其原始精度的能力，即精度保持性。

易磨损的部位应要有高的耐磨性。二、主轴的滚动轴承一、主轴轴承的选择机床主轴轴承类型

滚动轴承

滑动轴承

（一）滚动轴承

1、机床主轴常用的滚动轴承（1）双列圆柱滚子轴承

只能承受径向载荷。内孔为1：12的锥孔，与主轴的锥形轴颈相配合。

多用于载荷较大、刚度较高，中等转速的地方。

（2）角接触球轴承

既可承受径向载荷，又可承受轴向载荷。α越大，轴向承载能力越大。多用于高速主轴。

（3）双向推力角接触球轴承

承受轴向载荷。接触角α越小，允许的转速越高，但轴向刚度越低。修磨隔套6的厚度就能消除间隙和预紧。（4）双列圆锥滚子轴承

可承受双向轴向、径向载荷，刚度和承载能力大。适用于中低速、中等以上载荷机床的主轴前支承。修磨中间隔套可以调整间隙或预紧。（5）加梅(Gamet)轴承

2—2g为H系列，用于前支承。图2—2h为P型系列，与H系列配套，用于后支承，它的外围带有预紧弹簧(16—20根)，均匀增减弹簧可以改变预加载荷大小。滚子做成空心，保持架为整体结构并充满空间，大部分的润滑油通过滚子内孔流向档边摩擦处，润滑和冷却效果好、中空并充油的滚子还起吸振和缓冲作用。（6）陶瓷滚动轴承常用的陶瓷滚动轴承有：滚动体用陶瓷材料制成；滚动体和内圈用陶瓷材料制成；滚动体和内外圈均用陶瓷材料制成与钢制滚动轴承相比：重量轻，作用在滚动体上的离心力较小，从而使其压力和滑动摩擦也较小；温升较低；刚度较大。（7）磁悬浮轴承是利用磁力来支承运动部件实现轴承功能的。工作原理如图所示2、滚功轴承的典型配置型式大多数机床主轴部件采用两支承结构，选用的—般原则如下：（1）适应承载能力和刚度的要求

径向承载能力和刚度：线接触的“圆柱或圆锥滚子轴承”高于点接触的“球轴承”；轴向承载能力和刚度由高到低依次为：“推力球轴承”、“圆锥滚子轴承”、“角接触球轴承”。前支承所受载荷通常大于后支承，它的变形对主轴轴端位移(即刚度)影响较大。故前支承处轴承的承载能力和刚度应比后支承处大。有冲击载荷时，宜选用滚子轴承。（2）适应转速的要求

相同类型的轴承，其规格越小、精度等级越高，允许的最高转速也越高；相同规格的轴承，点接触的球轴承比线接触的滚子轴承允许的转速高。滚子轴承比滚锥轴承允许的转速高。

（3）适应结构要求

（4）推力轴承配置型式

主轴的轴向定位精度(热伸长)主要决定于承受轴向载荷的轴承。配置主要有：

3、主轴滚动轴承精度

主轴轴承的精度：P2（旧B）、P4（旧C）、P5（旧D）、P6（旧E）、P0（旧G）六级，又规定了SP级和UP级作为补充。前轴承对主轴组件的影响较大，故前轴承的精度应选得高一些。

（1）当前轴承轴心有δa的偏移量，后轴承偏移量为0时，反映到主轴端部轴心的偏移为：（2）当后轴承轴心有δb的偏移量，前轴承偏移量为0时，反映到主轴端部轴心的偏移为：4、主轴滚动轴承间隙调整和预紧预紧（预载荷）：采用预加载荷的方法，使轴承滚道与滚动体之间有一定的过盈量。作用：适当预紧可以提高滚动轴承的刚度和寿命，提高主轴的旋转精度和抗振性，降低噪声。过度预紧，由于滚动体和滚道的变形太大，将提高温升和降低寿命。预紧分三个等级：轻预紧：适用于高速主轴；中预紧：适用于中、低速主轴；重预紧：适用于分度主轴。5、滚动轴承的润滑和密封（1）润滑润滑的作用：降低摩擦，降低温升，并与密封装置在一起，保护轴承不受外物的侵入和防止腐蚀。常用的润滑剂：润滑油、润滑脂、固体润滑剂。速度较低、工作负荷较大，用润滑脂；速度较高、负荷较小时，用润滑油较好。5、滚动轴承的润滑和密封（2）密封作用：防止油外漏，防止灰尘屑末、冷却液进入，减少磨损和腐蚀，保护环境。密封方式：接触式、非接触式。（二）滑动轴承按产生油膜压强的方式，分为动压轴承和静压轴承按流体介质不同，分为液体动压轴承、气体动压轴承液体动压轴承

1、是靠轴的转动形成油膜而具有