宁工院机械制造装备课件02金属切削机床典型部件-1主轴部件

2026/8/191第二章金属切削机床典型部件2

重点和难点基本要求了解金属切削机床设计的基本理论；掌握主轴部件设计原理；了解支承件与导轨设计；理解自动换刀装置设计方法。重点和难点主轴部件设计自动换刀装置2026/8/193第一节主轴部件Spindleassembly5

主轴部件——是指主轴、主轴轴承、安装在主轴上的传动件及其它各种零件的组合，它是机床的执行件。功用——支承并带动工件或刀具，完成表面成型运动传递运动和转矩承受切削力和驱动力等载荷机床主轴是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。主轴部件组成：主轴、轴承、传动件、其他零件6

内容主轴部件的基本要求主轴轴承及配置主轴典型主轴部件2026/8/197一、主轴部件的基本要求8

总要求各类机床的主轴部件都要保证主轴在一定的载荷与转速下，能带动工件或刀具精确而可靠地绕其旋转中心线旋转，并能在其额定寿命期内稳定地保持这种性能。9

1.

旋转精度指机床在无载荷、手动或低速转动的条件下，主轴前端安装刀具或工件的基准面上所测得的径向跳动、端面跳动和轴向窜动值。旋转精度影响被加工零件的几何精度和表面粗糙度。旋转精度取决于部件中各主要件如主轴、轴承等的制造精度和装配、调整精度。10

我国已有通用机床统一的检验标准旋转精度是机床的一项主要精度指标11

2.静刚度静刚度主轴部件静刚度——主轴刚度指主轴抵抗外力引起变形的能力K=F／y

12

扭转刚度在主轴工作端的静扭矩T的作用下，主轴工作端产生扭转角θ

L为扭矩T的作用距离，扭转刚度

Kt=TL/θN·m2／rad保证了主轴刚度的主轴，扭转刚度基本上也能保证。对承受扭矩为主的主轴(如立钻)，注意扭转刚度。13

刚度不足易引起振动，影响表面粗糙度和生产率如外圆磨床主轴刚度不足时，在磨削力作用下主轴变形到位置2，砂轮母线偏移，使被加工表面上出现螺旋形花纹，降低了加工表面的质量。主轴弯曲变形会使齿轮等传动件和轴承因受力不均而恶化工作条件，磨损加剧，寿命缩短。14

影响刚度的主要因素

主轴的结构尺寸轴承的类型、配置及预紧传动件的布置方式主轴部件的制造与装配质量等15

3.主轴部件的振动抗振性：抵抗受迫振动和自激振动而保持平稳地运转的能力。抗振性差—— 工作时容易发生振动； 影响工件的表面质量，限制机床生产率； 降低刀具的耐用度和主轴轴承的寿命； 发出噪声影响工作环境等。16

影响主轴部件抗振性的主要因素——主轴部件的静刚度阻尼特性固有频率刚度和阻尼比越大越不易产生振动。17

4.温升和热变形主轴部件工作时，由于摩擦和搅油等而发热，产生了温升。温升使主轴部件因热膨胀而变形，称为热变形。18

热变形会使主轴旋转轴线与机床其它部件间的相对位置发生变化，影响加工精度；热变形造成主轴弯曲，使传动齿轮和轴承的工作状态恶化；热变形还会改变已调好的轴承间隙和使主轴与轴承，轴承与支承孔之间的配合发生变化，影响轴承的正常工作，加速磨损，严重时甚至发生轴承抱轴现象。19

轴承的温升与转速有关。主轴轴承在最高转速空转、连续运转至热稳态时允许温升为：高精度机床810°C

精密机床和数控机床1520°C普通机床3040°C滚动轴承温度不得超过70°C滑动轴承温度不得超过60°C

特别精密的机床则不得超过室温10°C20

影响主轴部件温升、热变形的主要因素：轴承的类型和布置方式；轴承间隙和预紧力的大小；润滑方式和散热条件等。21

5.耐磨性耐磨性——是指其长期保持原始精度的能力。即精度的保持性磨损后对精度有影响的部位首先是轴承；其次是安装夹具、刀具或工件的定位面和锥孔,还有如钻、镗床的移动式主轴的内、外导向表面等。22

为了提高耐磨性，要正确地选择主轴和滑动轴承的材料及其热处理方法。一般机床上的上述部位都必须经过热处理，使之具有一定的硬度。要合理调整轴承间隙，保证良好的润滑和可靠的密封。2026/8/1923二、主轴轴承常用轴承滚动轴承滑动轴承24

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滚动轴承优点能在转速和载荷变化幅度很大的条件下稳定地工作；能在无间隙，甚至在预紧的条件下工作；摩擦系数小，有利于减少发热；润滑容易，脂或油；由轴承厂专门生产，可以外购。27

滚动轴承缺点滚动体数量有限，旋转中径向刚度变化，同时引起振动；阻尼较低；径向尺寸较大。28

主轴轴承的选用对主轴组件的工作性能有很大的影响；主轴较粗，轴承直径较大，因此轴承的负荷较轻；一般，承载能力和疲劳寿命不是选择主轴轴承的主要指标。主轴轴承应根据——精度、刚度和转速选择。选择轴承的类型、组合以及配置型式；为提高精度和刚度，主轴轴承的间隙应该是可调。29

1.主轴常用的滚动轴承1.常用的滚动轴承:圆锥滚子轴承角接触球轴承推力球轴承圆柱滚子轴承深沟球轴承滚针轴承等2.其它几种主轴滚动轴承30

角接触球轴承Angularcontactballbearing可承受径向载荷，也可承受轴向载荷α°=15，7000C（36100）α°=25，7000AC（46100）31

α°=15,7000C（36100）

转速高轴向刚度低多用于轴向载荷小，转速较高的地方；如磨床主轴或不受轴向载荷的车、镗、铣床的主轴后轴承。32

α°=25，7000AC（46100）轴向刚度高径向刚度和允许的转速略低；多用于轴向载荷大的地方；如车、镗、铣床和加工中心主轴。内外圈有相对轴向位移，可以调整间隙，实现预紧；为适应数控机床转速的提高，国外已开发了超高速角接触球轴承（α°=15），如采用陶瓷滚珠和减小滚珠直径。33

提高球轴承的刚度多联组配

两个——代号为/D三个——代号为/T四个——代号为/Q常用背靠背——代号为/DB面对面（内圈相接触）——代号为/DF

同向（串联）——代号为/DT数控机床主轴用DB丝杠轴承用DT34

深沟球轴承Deepgrooveballbearing一般不能调整间隙；常用于精度和刚度要求不太大的地方，如钻床主轴；轴向载荷由配套的推力轴承承受。35

圆锥滚子轴承Taper

rollerbearing能承受径向和轴向载荷，承载能力和刚度较高；滚子大端与内圈挡边之间是滑动摩擦，发热较多允许的转速较低36

双列圆柱滚子轴承NN3000K型，特轻型常用滚道环槽开在内圈上外圈可分离内圈锥度1：1237

NNU4900K型滚道环槽开在外圈上，滚动体、保持架、内圈为一体内圈装到主轴轴颈上后再精磨内圈外滚道，以避免主轴轴颈的圆度影响滚道精度，并保证滚道与主轴的同轴度外滚道槽易存油，润滑较好，但制造复杂适用于内径100mm以上的大规格轴承38

特点滚子数多（50～60个），两列滚子交错排列刚度较高、承载能力大、允许转速较高内圈有1︰12的锥孔与主轴的锥形轴颈相配轴向移动，内圈胀大以消除间隙并预紧轴承内外圈可分离，只能承受径向载荷适用于载荷和刚度较高、中等转速的场合。39

双向推力角接触球轴承234400系列60°双向推力角接触深沟球轴承特轻型234400与NN3000K系列、超轻型234900与NNU4900BK系列轴承配套使用，以承受双向轴向载荷。组成：外圈3、内圈1和6、隔套4消除间隙和预紧：修磨隔套4的厚度40

外圈3的外圆基本尺寸与同孔径的NN3000K型轴承相同，但外径为负公差，与箱体孔之间有间隙不承受径向载荷，专作推力轴承使用。外圈3开有槽和油孔，润滑油由此进入轴承。41

轴承特点: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。极限转速比一般推力球轴承高出1.5倍，与同孔径的NN3000K型轴承相同适用于高转速、较大轴向力、中等以上载荷的主轴前支承处。42

SKF公司：30º、40º如图窄型NSK：同角接触43

双列圆锥滚子轴承轴承组成：外圈2、两个内圈1和4、隔套3调整间隙或预紧：修磨隔套3的厚度外圈轴肩，一端抵住箱体或主轴套筒的端面，另一端用法兰压紧，实现轴向定位。箱体孔可做成通孔，便于加工344

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既可以承受径向载荷，又可以承受双向轴向载荷滚锥数量多，承载能力和刚度都较大，轴承制造精度较高适用于中低速、中等以上载荷的机床主轴的前支承处注意润滑和冷却条件。46

加梅（Gamet）轴承H系列，用于前支承两列滚子数目相差一个，使两列的刚度变化频率不同，以抑制振动P系列，用于后支承，与H系列配套使用HPP系列外圈上有弹簧，用作预紧弹簧数为16～20，视直径而定加梅轴承采用空心滚子及整体式保持架47

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整体式保持架（铝质）把滚子之间的间隙占满，迫使大部分油通过滚子的中孔，以冷却不易散热的滚子，小部分油通过滚子与滚道之间，起润滑作用（图中外圈上的径向小孔为进油孔），改善了散热条件。必须用油润滑，难以用于立式机床为便于保证制造精度，与所有精密的圆锥滚子轴承一样，加梅轴承的内圈滚道锥面的小直径端没有挡边。49

陶瓷滚动轴承为适应新型数控机床对高转速的要求，在某些数控机床上采用了陶瓷滚动轴承和磁悬浮轴承等新型轴承．陶瓷材料密度小、线膨胀系数小、弹性模量大。在高转速下，陶瓷滚动轴承与钢制滚动轴承相比，其重量轻，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，且温升较低，刚度较大。50

常用的陶瓷滚动轴承有三种：仅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前两种类型适用于高速、超高速、精密机床的主轴部件，后一种类型适用于要求耐高温、耐腐蚀、非磁性、绝缘或要求减轻重量和超高速机床的主轴部件。51

磁悬浮轴承磁悬浮轴承是利用磁力来支承运动部件实现轴承功能的，其工作原理如图2-3所示，它由转子，定子等组成。转子和定子均为铁磁材料，转子压入回转轴承回转筒中,工作时定子线圈产生磁场,将转子悬浮起来。52

测得的偏差信号输送给控制装置，通过控制装置调整定子线圈的励磁功率，以保证转子中心回到理想中心位置。53

课外思考查阅资料，说明磁悬浮轴承的特点、原理和应用54

2.主轴轴承的配置形式大多数机床的主轴为两支承主轴组件跨距过大，影响主轴的刚度，增设中间支承——三支承主轴组件。两支承主轴组件常见的主轴滚动轴承的配置形式有九种：55

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选用和配置两支承主轴滚动轴承时应考虑的一般原则:承载能力：主轴在保证正常工作并在所具有额定寿命时间内，所能承受的最大负荷

(1)适应承载能力和刚度的要求57

在径向承载能力和刚度方面——单列双列点接触线接触球轴承圆柱或圆锥滚子轴承58

在轴向承载能力和刚度方面——推力球轴承圆锥滚子轴承深沟球轴承角接触球轴承59

常用——轻系列、特轻系列和超轻系列，以特轻系列为主主轴轴承的实际载荷，相对于其基本额定载荷是较低的，承载能力通常都有富余。轴承越轻，同样的内径，外径越小；同样的外径，内径越大。60

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选择径向载荷较大时——双列短圆柱滚子轴承或圆锥滚子轴承较小时——角接触球轴承前支承——所受载荷较大变形对主轴轴端位移影响较大前支承的承载能力和刚度应比后支承大63

(2)适应转速的要求轴承发热直接影响它的精度和工作寿命，而发热量的大小主要取决于转速的高低。不同型号和规格的轴承所允许最高转速不同。同类型轴承，规格越小，精度等级越高，允许的最高转速也越高。64

以dmn值（mm

r/min），衡量转速性能dm是轴承的中径（mm），是内径和外径的平均值，n为转速（r/min)dmn值同时反映了转速、内径和直径系列65

在承受径向载荷的轴承中——允许转速——

深沟球轴承

角接触球轴承

圆柱滚子轴承

圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承允许的极限转速最低，由于滚子端面经常和内圈的凸缘发生摩擦，容易发热。高低66

在承受轴向载荷的轴承中——角接触球轴承推力球轴承圆锥滚子轴承承载能力与上述次序不同转速和承载能力两方面的要求来选择轴承型式。极限转速高低综合考虑67

当轴向载荷较大而转速不高时，可采用推力球轴承。如径向和轴向载荷都较小，而转速较高，则可采用角接触球轴承。68

(3)推力轴承配置形式主轴前、后支承处径向轴承类型的选用，主要由支承精度要求和径向载荷来决定。主轴的轴向定位，主要由推力轴承决定（哪端有推力或角接触轴承，就是哪端定位，因为有推力或角接触轴承的一端内外圈无法产生相对移动，其余端内外圈可以产生相对移动）。安排方式：1）前端定位--推力轴承集中布置在前支承2）后端定位--集中布置在后支承；3）两端定位--分别布置在前、后支承。69

前端定位——主轴受热伸长时向后延伸，不影响加工精度，但前支承结构复杂，调整轴承间隙不便，前支承处发热量较大。70

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后端定位特点与前端定位相反73

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两端定位主轴受热伸长后，轴承轴向间隙改变较大，若止推轴承布置在径向轴承内侧，则主轴可能因热变形而弯曲。75

(4)适应结构要求径向尺寸紧凑——选轻型或特轻型轴承;若轴承的刚度和承载能力不够，可以在一个支承（尤其是前支承）中配置两个或两个以上的轴承;或采用宽系列或中宽系列轴承;对于轴间距很小的多主轴机床（如组合机床），可采用滚针轴承，并将推力轴承轴向错开排列，以避免其外径相碰。76

(5)适应经济性要求尽量采用滚动轴承——已经标准化、系列化、大批量生产。在中速和大载荷情况下，采用圆锥滚子轴承要比采用向心轴承和推力轴承组合的配置型式成本低，因为前者节省了两个轴承，而且箱体的工艺性较好。77

价格比78

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3.主轴滚动轴承的精度和配合滚动轴承精度主要采用P0、P6、P6x、P5、P4、P2六级2级最高0级可省略不写6203/P680

主轴滚动轴承精度主要采用P2、P4、P5（B、C、D）三级。相当于ISO标准的2、4、5级。SP级和UP级作为补充；SP级和UP级的旋转精度，相当于P4级和P2级，内外圈的尺寸精度，则相当于P5级和P4级81

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前后轴承的精度对主轴旋转精度的影响前轴承内圈有偏心量δa(即径向跳动量的一半)后轴承偏心量为零主轴端部的偏心量为：84

后轴承有相同的偏心量δb前轴承偏心量主轴端部的偏心量为：85

结论前轴承的精度对主轴组件的旋转精度影响较大；前轴承的精度应选得高一些，通常比后轴承精度高一级；数控机床可按精密级或高精度级选用。86

主轴轴承精度87

轴承的精度不但影响主轴组件的旋转精度，而且精度越高，各滚动体受力越均匀，有利于提高刚度和抗振性，减少磨损，提高寿命。普通机床主轴轴承都有取P4（SP）的趋势。88

滚动轴承的配合对主轴组件的工作性能也有很大影响。轴承内圈与轴颈、外圈与支承座孔的配合过松，受载后出现松动，影响主轴组件旋转精度和刚度，缩短寿命。过紧，使内、外圈变形，影响旋转精度，加速轴承的磨损。增加温升和热变形，装配困难。89

滚动轴承的配合:90

轴颈与轴承内圈的配合m5——紧固性较好，但不易装拆。k5——平均过盈接近于零，易装拆，受冲击不大时同轴度较好。轴承外圈与支承座孔的配合：应稍松一点常用j6、js6或k6重载时才用m691

对于轻载的精密机床，为避免轴颈或支承座孔的形状误差影响轴承精度，常采用有间隙的配合。对需要调整间隙的轴承，为使调整时能轴向移动，配合应稍松些。92

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4、滚动轴承间隙的调整和预紧滚动轴承在较大间隙的情况下工作时，会使载荷集中作用在处于加载方向的一、二个滚动体上，使该滚动体和内、外圈滚道接触处产生很大的集中应力，从而使轴承磨损加快，寿命缩短，还降低刚度。当把轴承调整到不仅完全消除间隙，而且产生一定的过盈量（或称负间隙）时，这就是滚动轴承的预紧。95

预紧后滚动体和滚道接触处产生一定的弹性变形；接触面积加大；承载区逐渐扩大；各滚动体受力较均匀；抵抗变形的能力增大；刚度增加，寿命延长。96

由下可知，用1800N预紧力预紧后，再受外载荷作用时变形就小，即轴承刚度提高了。一般在设计主轴组件时，应在结构上确保能对轴承进行预紧和调整。97

预加载荷过大，致使过盈量超过合理的预紧量，不但刚度增加不明显，而且使轴承磨损和发热量大为增加，寿命显著缩短，如曲线所示：98

99

NN3000K（3182100）系列轴承预紧方法通常用轴向移动轴承内圈来实现调整。结构最简单，但控制预紧量较困难，当预紧量过大时松卸轴承不方便。100

左边螺母来控制预紧量，调整方便但主轴前端要加工螺纹，工艺性差。101

在轴端凸缘上做有螺孔，工艺简单但用几只螺钉调整易将环1压偏，影响旋转精度102

环1做成两半，可取下修磨来控制调整量，调整比较方便，半环由固定在主轴轴端的套抱住，工作时不致松脱。103

角接触球轴承的调整方法方法：使其内、外圈产生相对位移来实现调整。图a是将内圈或外圈相靠的侧面磨去厚度，然后用螺母将内圈或外圈拧紧。104

在两个轴承的内、外圈之间都装有隔套，并使内隔套厚度比外隔套短2△，装配时用螺母拧紧缺点——重调间隙时必须把轴承从主轴上拆下，很不方便。105

用弹簧（沿圆周分布）来保持一个基本不变的预加载荷，轴承磨损后能自动补偿，且不受热膨胀影响。缺点——只能承受单方向轴向力，另一方向的轴向力作用在弹簧上，因而刚度较差。106

为了提高精度或结构上的需要，常通过调整预紧量用的螺母、隔垫、套筒、其他轴承或齿轮等传动件来推动轴承内圈。其工作面应与主轴旋转中心线相垂直，否则在预紧时会使轴承歪斜，从而影响主轴的旋转精度。107

常见的防松方法用拧紧的两个螺母来防松用紧定螺钉来防松108

如果调整螺母的端面跳动对轴承内圈的精度影响不大，则可采用图c和图d所示的较为简单的方法。109

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2026/8/19111(二)主轴滑动轴承112

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分类按油膜压力形成的方法不同，可分为：动压轴承静压轴承动压轴承是靠轴的转动形成油膜而具有承载能力承载能力与滑动速度成正比。低速时，承载能力太低。因此动压轴承用于高速和转速变化不大的地方，如磨床主轴。114

静压轴承的油膜压强是靠液压泵建立的，与主轴的转速关系不大。常用于低速或转速变化较大的地方。静压轴承的油膜较厚，对轴颈和轴瓦孔的圆度误差能起均化作用。115

静压轴承还用于精度要求较高的主轴静压轴承需要一套供油设备(液压泵，电动机、油箱)，对油的洁净度要求也较高。在实际使用中，尽量用动压轴承，动压轴承不能满足要求(如低速，转速变化大，高精度)时才用静压轴承。116

1、液体动压轴承117

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工作原理——主轴静止不转时，轴颈与轴承之间间隙，在载荷F（包括主轴重量）的作用下，轴颈偏向下方与轴承表面之间形成楔形缝隙。主轴开始转动时，速度较低，轴颈与轴承仍是金属表面接触（边界润滑），摩擦力使轴颈向前滚动，接触点偏向前方。120

随着转速的增加，带入楔形缝隙的油量逐渐增多，楔形缝隙中油膜压力逐渐升高，当油膜压力能支持外力时，轴颈被抬起，滑动表面完全分开。主轴转速进一步加快，油膜压力继续增加，轴颈中心接近于轴承孔中心。121

按工作时形成油楔数量的不同可分为——

单油楔动压轴承多油楔动压轴承主轴动压轴承广泛采用多油楔动压轴承。多油楔轴承工作时，轴颈周围能产生多个油楔，当转速变化时，各个油楔压力的变化值大体相同，可以互相抵消，不致引起主轴轴心的漂移。122

当主轴外载荷变化时，轴心稍有偏移，这时如前方的油楔变薄而压力升高，则后方的油楔变厚而压力降低，形成新的平衡。多油楔动压轴承比单油楔动压轴承的刚度大，旋转轴心比较稳定，旋转精度较高。123

2、液体静压轴承动压轴承缺点：转速低于一定值时，压力油膜无法建立，当主轴处于低转速或启动、停止过程中，产生干摩擦。主轴转速变化，压力油膜的厚度变化，轴心位置发生改变。124

静压轴承优、缺点优点：静压轴承在轴颈与轴承间有一层高压油膜，它具有良好的吸振性能；旋转精度高，抗振性好。缺点：是需要配备一套专用的供油系统，而且制造工艺复杂。125

工作原理静压轴承组成：供油系统节流器轴承126

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工作原理轴承内圆柱面上，等间隙地开有几个油腔(通常4个)。各油腔之间开有回油槽。用过的油一部分从这些回油槽流回油箱（径向回油），另一部分则由两端流回油箱（轴向回油）。128

油腔四周形成适当宽度的轴向封油面和周向封油面，它们和轴颈之间的间隙一般为0.02～0.04mm。油泵供油压力为ps，油液经节流器T进入各油腔，将轴颈推向中央，油液最后经封油面流回油箱，压力降低为零。129

当主轴不受载荷且忽略自重时，则各油腔的油压相同，保持平衡，轴在轴承正中心，这时轴颈表面与各腔封油面之间的间隙相等，均为h0当主轴受径向载荷（包括自重）F作用后，轴颈向下移动产生偏心量e130

油腔3处的间隙减小为h0-e，由于油液流过间隙小的地方阻力大，流量减小，因而流过节流器T3的流量减少，压力损失随之减小供油压力ps

一定，油腔3内的油压p3升高131

油腔1处的间隙增大为h0＋e，由于油液流过间隙大的地方阻力小，流量增加，因而流过节流器T1的流量增加，压力损失亦随着增加，所以油腔1内的油压p就降低，这样油腔3与油腔1之间形成了压力Δp=p3

-p1，产生与载荷方向相反的托起力，以平衡外载荷F。如油腔的有效承载面积为A，则轴承的承载能力为：F=A（p3

-p1）132

各油腔由同一个液压泵供油，则每个油腔必须串联一个节流器。没有节流器，各油腔油压相同，互相抵消，就不能平衡外载荷了，这时主轴产生位移，甚至使轴颈与轴承表面接触油腔压力由液压泵供给，与轴的转速无关静压轴承可以在很低的转速下工作2026/8/19133三、主轴

Spindle134

主要内容主轴的结构主轴材料与热处理主轴结构参数确定135

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1.主轴的结构主轴结构取决于——机床类型；主轴上所安装的传动件；轴承和密封件等零件的类型、数目、位置和安装定位方法等；主轴加工和装配的工艺性。137

一般是阶梯形的轴——便于装配和满足轴承、传动件等轴向定位的需要；直径从前端向后或者是从中间向两端部逐段缩小各阶梯之间应有退刀槽；主轴上经常带有键槽或花键——与齿轮等传动件周向连接以传递转矩。138

2.主轴材料与热处理根据强度、耐磨性、载荷特点和热处理后变形大小选择。尺寸一定，主轴的刚度取决于材料的弹性模量E各种钢材的E值基本相同，且与热处理无关E=2.1

107N/cm2常用的如45钢或60号钢——价格便宜139

一般机床主轴：常用45钢，调质到220～250HBS主轴端部锥孔、定心轴颈或定心圆锥面等部位局部淬硬至HRC50～55。支承用滚动轴承，轴颈可不淬硬，但不少主轴为了防止敲碰损伤轴颈的配合表面，轴颈处仍然进行淬硬。140

若支承用滑动轴承，则轴颈处需高频淬硬，保证耐磨性。若为重负荷，为提高抗疲劳性能，可选用40Cr或50Mn2钢。对受冲击载荷较大的主轴或轴颈处需要更高的硬度时，可选用20Cr进行渗碳淬火处理至HRC56～62。141

精密机床的主轴，要求在长期使用中因内应力引起的变形要小，故应选用在热处理后残余应力小的材料,如40Cr或45MnB钢。支承在滑动轴承上的高精度磨床的砂轮主轴，镗床和坐标镗床主轴，要求有很高的耐磨性，可选用38CrMoAlA钢，进行氮化处理，使表面硬度达到HV1100～1200（相当于HRC69～72）。142

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主轴的结构参数主要包括：主轴的平均直径D(或前轴颈直径D1)内孔直径d（对空心主轴）前端的悬伸量a主轴的支承跨距L144

主要结构参数确定步骤确定前轴颈直径D1确定内径d和主轴前端的悬伸量a根据D、a和主轴前支承的刚度确定支承跨距L145

(1)．主轴直径D（或D1）的选择D（或D1）主轴的刚度孔径主轴上的传动件和轴承的径向尺寸。传动件：使整个变速箱结构庞大轴承：增加轴承的发热量。结论:D（或D1)应在合理的范围内选大些。146

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后轴颈的直径D2车床和铣床主轴后轴颈的直径D2可根据前轴颈直径D，按下列经验公式来定：

D2≈（0.7～0.8）D1

148

2．主轴内孔直径的选择主轴内孔作用：1.通过棒料、夹紧刀具或工件用的拉杆、冷却管等。2.大型、重型机床的空心主轴，减轻重量确定d的原则：在满足对空心主轴孔径的要求和最小壁厚要求以及不削弱主轴刚度的要求下尽量取大些。149

150

当d/D≤0.5～0.6时，K空与K实相差小，即内孔d对主轴的刚度降低的影响很小；当d/D=0.7时，刚度降低约25％；因此，为了不致于过分地削弱主轴刚度，一般应使d/D＜0.7；还应考虑主轴后轴颈处壁厚是否足够。151

3．主轴前端悬伸量的选择主轴悬伸量:指主轴前支承径向反力作用点到主轴前端受力作用点之间的距离。主轴悬伸量a值愈小愈能提高主轴组件刚度。确定a的原则：在满足结构要求的前提下，尽可能取小值。152

153

154

155

主轴悬伸量a取决于主轴端部的结构形状和尺寸工件或刀具的安装方式前轴承的类型及组合方式润滑与密封装置的结构等156

减小a值的措施：l）采用短锥法兰式的主轴端部结构2）推力轴承在径向轴承内侧3）尽量利用主轴端部的法兰盘和轴肩等构成密封装置4)成对安装的圆锥滚子轴承，应采取滚锥小端相对形式成对安装的角接触球轴承，应采取类似的背对背型安装157

4．主轴合理跨距的选择158

确定合理的跨距，可提高主轴部件的静刚度。支承跨距小，主轴自身刚度大，弯曲变形较小，但支承变形引起的主轴前端位移量将增大。支承跨距大，支承变形引起的主轴前端位移量较小，但主轴的弯曲变形将增大。因此，支承跨距过大或过小都会降低主轴部件的刚度。合理跨距可参考推荐值。P119160

I=π（D4-d4)／64；E为弹性模量,E=2.1×105N／mm2左右161

2026/8/19162

四、典型主轴部件163

主轴部件有以下四种类型主轴仅作旋转运动如车、铣、磨床等主轴旋转运动+轴向进给运动如钻床、镗床、珩磨机床主轴作旋转运动+轴向调整移动如龙门铣床、一部分立式铣床、滚齿机主轴绕其自身轴线旋转+绕另一个与自转轴线平行的轴线作行星运动如行星铣削头、行星内圆磨床的主轴等164

1、车、镗、铣、加工中心类机床主轴部件165

166

167

角接触球轴承主轴部件主轴最高转速为5000r／min前支承内三个角接触球轴承(P4级精度)为背靠背组配。前面两个同向大口朝外（

=25°）第三个大口朝里(

=15°)同时能承受径向载荷和两个方向的轴向载荷,转动调整螺母4，推动内隔套3和内圈(修磨量出厂时已配好)，可以预紧前轴承，用锁紧螺母5及柱销防止调整螺母4回松，不影响主轴的精度。168

V形带轮在主轴尾部悬伸端，后支承的径向载荷较大，故采用双列圆柱滚子轴承(SP级精度)。该轴承内圈的锥孔锥度为1：12，转动螺母13推动同步齿形带轮12和内套11，使内圈右移(向大锥颈方向)，迫使内圈径向胀大，以消除间隙或预紧，用调整螺母8和锁紧螺母7可以使调整好的精度不受影响；该轴承的外圈可以分离，主轴因热胀伸长时连带轴承内圈和滚子在外圈内滚道上轴向自由移动，有利于保证加工精度。169

后轴承直径比前轴承小，预紧量也小，其温升不会超过前轴承。如果后支承载荷较小时，可以用二个角接触球轴承(

＝15°)背靠背组配，如TND360型数控车床主轴部件。170

CA6140主轴部件171

CA6140型车床主轴部件改进后的结构前支承3为NN3000／P4型双列圆柱滚子轴承调整锁紧螺母5来实现预紧，有利于提高主轴前支承的刚度和旋转精度。172

后支承外端采用7202／P5型角接触球轴承8，大口朝外(

=25°)，以承受径向力和由后向前(自左向右)方向的轴向力内侧为53202／P5型推力球轴承7，能承受由前向后(自右向左)方向较大的轴向力调整锁紧螺母10，推动内隔套9，可以预紧轴承8和7。173

XHK5140型自动换刀数

控镗铣床主轴部件174

前支承2(NN3000K／P4型)和双向推力角接触球轴承3(234400型)组配，为提高前支承的旋转精度和刚度，可以修磨前端的调整半环1和轴承3中的隔套4，转动锁紧螺母7可以消除轴承2和3的间隙或预紧。

后支承11为二个6000C／P4型深沟球轴承(

=15°)背靠背组配，通过修磨内隔套12，调整螺