機(jī)械制造裝備-機(jī)床0201-17

機(jī)械制造裝備航空制造工程學(xué)院焦益群21九月2023航空制造工程學(xué)院焦益群郵箱：272882059@qq.com電話：1397914761921九月2023第二章金屬切削機(jī)床典型部件

第一節(jié)主軸組件

內(nèi)容：對(duì)主軸部件的基本要求；主軸滾動(dòng)軸承、滑動(dòng)軸承的選擇設(shè)計(jì)；主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；典型主軸部件的分析。

要求：掌握主軸部件的設(shè)計(jì)方法、能力。機(jī)床主軸：機(jī)床在加工時(shí)直接帶動(dòng)刀具或工件進(jìn)行切削和表面成形運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸。主軸組件的組成：主軸、軸承、傳動(dòng)件(如齒輪、帶輪)和固定件(如螺母)等

主軸組件的功用

支承并帶動(dòng)工件或刀具，完成表面成形運(yùn)動(dòng)；傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩；承受切削力和驅(qū)動(dòng)力等載荷。主軸組件夾持著工件（車(chē)床）或刀具（鉆床、鏜床、銑床、磨床）直接參加表面成形運(yùn)動(dòng)，因此它的回轉(zhuǎn)軸心線位置必須準(zhǔn)確、穩(wěn)定，以保證一定的加工精度和表面粗糙度。它的工作性能對(duì)加工質(zhì)量和機(jī)床生產(chǎn)率有重要的影響。

一、對(duì)主軸組件的基本要求靜剛度

抗振性

溫升和熱變形

耐磨性

旋轉(zhuǎn)精度1、旋轉(zhuǎn)精度旋轉(zhuǎn)精度：指裝配后，在無(wú)載荷、低速轉(zhuǎn)動(dòng)的條件下，主軸安裝工件或刀具部位的徑向跳動(dòng)、軸向跳動(dòng)、軸向竄動(dòng)

。影響旋轉(zhuǎn)精度的因素：各主要件(主軸、軸承、殼體孔等)的制造、裝配和調(diào)整精度。各類(lèi)通用機(jī)床主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度已在機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)中作出規(guī)定，專(zhuān)用機(jī)床主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度則根據(jù)工件精度要求確定。

工作轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)的精度（運(yùn)動(dòng)精度）（1）通常講的旋轉(zhuǎn)精度是在無(wú)載荷、低速轉(zhuǎn)動(dòng)的條件下。（2）當(dāng)主軸以工作轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于潤(rùn)滑油膜的產(chǎn)生和不平衡力的擾動(dòng)，旋轉(zhuǎn)精度將有所變化。這個(gè)差異，對(duì)于精密和高精度機(jī)床，是不可忽略的。（3）工作轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)的精度，影響因素還有：主軸的轉(zhuǎn)速、軸承的性能、潤(rùn)滑、主軸部件的動(dòng)態(tài)特性。2、剛度

主軸部件剛度K：主軸部件抵抗靜態(tài)外載荷的能力。K=F／y(N/um)主軸部件的剛度越高，主軸受力后的變形越?。粍偠炔蛔悖鬏S及其支承處將產(chǎn)生較大的彈性變形。不僅影響工件的加工質(zhì)量，還會(huì)破壞齒輪和軸承的正常工作條件，加快磨損，降低精度。主軸部件的剛度是綜合剛度，影響因素主要有主軸的尺寸、形狀;滾動(dòng)軸承的型號(hào)、數(shù)量、預(yù)緊和配置形式；前后支承的距離；主軸前端的懸伸量等。3、抗振性

抗振性：指主軸受到交變切削載荷時(shí)，能夠平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)而不發(fā)生振動(dòng)的能力。

造成影響：影響工件的表面質(zhì)量；刀具耐用度；主軸軸承壽命；產(chǎn)生噪聲。影響因素：主軸部件的剛度、固有頻率、阻尼特性等。4、溫升和熱變形

熱變形：指機(jī)床工作時(shí)，各相對(duì)運(yùn)動(dòng)處的摩擦和攪油，其損耗的能量轉(zhuǎn)化為熱，造成溫升，使主軸組件在形狀和位置上產(chǎn)生的畸變。造成影響：溫升使?jié)櫥偷恼扯认陆祷驖?rùn)滑脂熔化流失。熱變形，使主軸伸長(zhǎng)，軸承間隙變化，影響軸承壽命，并使主軸偏離正確位置，影響工作性能和加工精度。軸承的溫升與轉(zhuǎn)速有關(guān)。國(guó)標(biāo)規(guī)定了軸承允許的溫升、最高溫度。高精度機(jī)床8～10℃（最高溫度35-40）；精密機(jī)床15～20℃（40-45）；普通機(jī)床30～40℃（50-55）。5、耐磨性

耐磨性：指長(zhǎng)期保持其原始精度的能力，即精度保持性。

易磨損的部位應(yīng)要有高的耐磨性。二、主軸的滾動(dòng)軸承一、主軸軸承的選擇機(jī)床主軸軸承類(lèi)型

滾動(dòng)軸承

滑動(dòng)軸承

（一）滾動(dòng)軸承

1、機(jī)床主軸常用的滾動(dòng)軸承（1）雙列圓柱滾子軸承

只能承受徑向載荷。內(nèi)孔為1：12的錐孔，與主軸的錐形軸頸相配合。

多用于載荷較大、剛度較高，中等轉(zhuǎn)速的地方。

（2）角接觸球軸承

既可承受徑向載荷，又可承受軸向載荷。α越大，軸向承載能力越大。多用于高速主軸。

（3）雙向推力角接觸球軸承

承受軸向載荷。接觸角α越小，允許的轉(zhuǎn)速越高，但軸向剛度越低。修磨隔套6的厚度就能消除間隙和預(yù)緊。（4）雙列圓錐滾子軸承

可承受雙向軸向、徑向載荷，剛度和承載能力大。適用于中低速、中等以上載荷機(jī)床的主軸前支承。修磨中間隔套可以調(diào)整間隙或預(yù)緊。（5）加梅(Gamet)軸承

2—2g為H系列，用于前支承。圖2—2h為P型系列，與H系列配套，用于后支承，它的外圍帶有預(yù)緊彈簧(16—20根)，均勻增減彈簧可以改變預(yù)加載荷大小。滾子做成空心，保持架為整體結(jié)構(gòu)并充滿(mǎn)空間，大部分的潤(rùn)滑油通過(guò)滾子內(nèi)孔流向檔邊摩擦處，潤(rùn)滑和冷卻效果好、中空并充油的滾子還起吸振和緩沖作用。（6）陶瓷滾動(dòng)軸承常用的陶瓷滾動(dòng)軸承有：滾動(dòng)體用陶瓷材料制成；滾動(dòng)體和內(nèi)圈用陶瓷材料制成；滾動(dòng)體和內(nèi)外圈均用陶瓷材料制成與鋼制滾動(dòng)軸承相比：重量輕，作用在滾動(dòng)體上的離心力較小，從而使其壓力和滑動(dòng)摩擦也較??；溫升較低；剛度較大。（7）磁懸浮軸承是利用磁力來(lái)支承運(yùn)動(dòng)部件實(shí)現(xiàn)軸承功能的。工作原理如圖所示2、滾功軸承的典型配置型式大多數(shù)機(jī)床主軸部件采用兩支承結(jié)構(gòu)，選用的—般原則如下：（1）適應(yīng)承載能力和剛度的要求

徑向承載能力和剛度：線接觸的“圓柱或圓錐滾子軸承”高于點(diǎn)接觸的“球軸承”；軸向承載能力和剛度由高到低依次為：“推力球軸承”、“圓錐滾子軸承”、“角接觸球軸承”。前支承所受載荷通常大于后支承，它的變形對(duì)主軸軸端位移(即剛度)影響較大。故前支承處軸承的承載能力和剛度應(yīng)比后支承處大。有沖擊載荷時(shí)，宜選用滾子軸承。（2）適應(yīng)轉(zhuǎn)速的要求

相同類(lèi)型的軸承，其規(guī)格越小、精度等級(jí)越高，允許的最高轉(zhuǎn)速也越高；相同規(guī)格的軸承，點(diǎn)接觸的球軸承比線接觸的滾子軸承允許的轉(zhuǎn)速高。滾子軸承比滾錐軸承允許的轉(zhuǎn)速高。

（3）適應(yīng)結(jié)構(gòu)要求

（4）推力軸承配置型式

主軸的軸向定位精度(熱伸長(zhǎng))主要決定于承受軸向載荷的軸承。配置主要有：

3、主軸滾動(dòng)軸承精度

主軸軸承的精度：P2（舊B）、P4（舊C）、P5（舊D）、P6（舊E）、P0（舊G）六級(jí)，又規(guī)定了SP級(jí)和UP級(jí)作為補(bǔ)充。前軸承對(duì)主軸組件的影響較大，故前軸承的精度應(yīng)選得高一些。

（1）當(dāng)前軸承軸心有δa的偏移量，后軸承偏移量為0時(shí)，反映到主軸端部軸心的偏移為：（2）當(dāng)后軸承軸心有δb的偏移量，前軸承偏移量為0時(shí)，反映到主軸端部軸心的偏移為：4、主軸滾動(dòng)軸承間隙調(diào)整和預(yù)緊預(yù)緊（預(yù)載荷）：采用預(yù)加載荷的方法，使軸承滾道與滾動(dòng)體之間有一定的過(guò)盈量。作用：適當(dāng)預(yù)緊可以提高滾動(dòng)軸承的剛度和壽命，提高主軸的旋轉(zhuǎn)精度和抗振性，降低噪聲。過(guò)度預(yù)緊，由于滾動(dòng)體和滾道的變形太大，將提高溫升和降低壽命。預(yù)緊分三個(gè)等級(jí)：輕預(yù)緊：適用于高速主軸；中預(yù)緊：適用于中、低速主軸；重預(yù)緊：適用于分度主軸。5、滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑和密封（1）潤(rùn)滑潤(rùn)滑的作用：降低摩擦，降低溫升，并與密封裝置在一起，保護(hù)軸承不受外物的侵入和防止腐蝕。常用的潤(rùn)滑劑：潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂、固體潤(rùn)滑劑。速度較低、工作負(fù)荷較大，用潤(rùn)滑脂；速度較高、負(fù)荷較小時(shí)，用潤(rùn)滑油較好。5、滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑和密封（2）密封作用：防止油外漏，防止灰塵屑末、冷卻液進(jìn)入，減少磨損和腐蝕，保護(hù)環(huán)境。密封方式：接觸式、非接觸式。（二）滑動(dòng)軸承按產(chǎn)生油膜壓強(qiáng)的方式，分為動(dòng)壓軸承和靜壓軸承按流體介質(zhì)不同，分為液體動(dòng)壓軸承、氣體動(dòng)壓軸承液體動(dòng)壓軸承

1、是靠軸的轉(zhuǎn)動(dòng)形成油膜而具有