数控车床主轴箱说明书

1、目录一、前言21.1数控机床主传动系统的特点21.2 主传动系统的设计要求2二、主传动方案选择与设计32.1 数控车床主传动总体方案选择32.2 主传动系统结构设计42.3 计算转速的确定52.4 传动级数的确定5三、电动机的选择143.1 直流主轴驱动系统得特点143.2 交流主轴驱动系统153.3选择电机16四、确定齿轮齿数174.1 选定齿轮类型,精度等级,材料及齿数.174.2按齿面接触强度设计174.3 按齿根弯曲强度设计194.4几何尺寸计算204.5验算21五 皮带轮的设计计算23六、主轴结构设计256.1对主轴组件的性能要求256.2轴承配置型式266.3主要参数的确定276.

2、4主轴头的选用28总结与体会29致谢词30参考文献31一、前言主传动系统是用来实现机床主运动的传动系统，它应具有一定的转速（速度）和一定的变速范围，以便采用不同材料的刀具，加工不同的材料，不同尺寸，不同要求的工件，并能方便的实现运动的开停，变速，换向和制动等。数控机床主传动系统主要包括电动机、传动系统和主轴部件，它与普通机床的主传动系统相比在结构上比较简单，这是因为变速功能全部或大部分由主轴电动机的无级调速来承担，剩去了复杂的齿轮变速机构，有些只有二级或三级齿轮变速系统用以扩大电动机无级调速的范围。 1.1数控机床主传动系统的特点与普通机床比较，数控机床主传动系统具有下列特点。（1）、转速高、

3、功率大。它能使数控机床进行大功率切削和高速切削，实现高效率加工。（2）、变速范围宽。数控机床的主传动系统有较宽的调速范围，一般Ra100，以保证加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。（3）、主轴变速迅速可靠，数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。由于直流和交流主轴电动机的调速系统日趋完善，所以不仅能够方便地实现宽范围无级变速，而且减少了中间传递环节，提高了变速控制的可靠性。（4）、主轴组件的耐磨性高，使传动系统具有良好的精度保持性。凡有机械摩擦的部位，如轴承、锥孔等都有足够的硬度，轴承处还有良好的润滑。 1.2 主传动系统的

4、设计要求 （1）、主轴具有一定的转速和足够的转速范围、转速级数，能够实现运动的开停、变速、换向和制动，以满足机床的运动要求。（2）、主电机具有足够的功率，全部机构和元件具有足够的强度和刚度，以满足机床的动力要求。（3）、主传动的有关结构，特别是主轴组件要有足够高的精度、抗震性，热变形和噪声要小，传动效率高，以满足机床的工作性能要求。（4）、操作灵活可靠，维修方便，润滑密封良好，以满足机床的使用要求。（5）、结构简单紧凑，工艺性好，成本低，以满足经济性要求。二、主传动方案选择与设计2.1 数控车床主传动总体方案选择 数控机床的调速是按照控制指令自动执行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。在主

5、传动系统中，目前多采用交流主轴电动机和直流主轴电动机无级调速系统。为扩大调速范围，适应低速大转矩的要求，也经常应用齿轮有级调速和电动机无级调速相结合的调速方式。 数控机床主传动系统主要有四种配置方式，如图1-1所示。1 带有变速齿轮的主传动 大、中型数控机床采用这种变速方式。如图1-1（a）所示，通过少数几对齿轮降速，扩大输出转矩，一满足主轴低速时对输出转矩特性的要求。数控机床在交流或直流电动机无级变速的基础上配以齿轮变速，使之成为分段无级变速。滑移齿轮的移位大都采用液压缸加拨叉，或者直接由液压缸带动齿轮来实现。2 通过带传动的主传动 如图1-1（b）所示，这种传动主要应用于转速较高、变速范围

6、不大的机床。电动机本身的调速能够满足要求，不用齿轮变速，可以避免齿轮传动引起的振动与噪声。它适用于高速、低转矩特性要求的主轴。常用的是V带和同步齿形带。3 用两个电动机分别驱动主轴 如图1-1（c）所示，这是上述两种方式的混合传动，具有上述两种性能。高速时电动机通过带轮直接驱动主轴旋转；低速时，另一个电动机通过两级齿轮传动驱动主轴旋转，齿轮起到降速和扩大变速范围的作用，这样就使恒功率区增大，扩大了变速范围，克服了低速时转矩不够且电动机功率不能充分利用的缺陷。4 内装电动机主轴传动结构 如图1-1（d）所示，这种主传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输出转矩

7、小，电动机发热对主轴影响较大2.2 主传动系统结构设计 机床主传动系统的结构设计，是将传动方案“结构化”，向生产 提供主传动部件装配图，零件工作图及零件明细表等。 在机床初步设计中，考虑主轴变速箱机床上位置，其他部件的相互关系，只是概略给出形状与尺寸要求，最终还需要根据箱内各元件的实际结构与布置才确定具体方案，在可能的情况下，设计应尽量减小主轴变速箱的轴向和径向尺寸，以便节省材料，减轻质量，满足使用要求。设计中应注意对于不同情况要区别对待，如某些立式机床和摇臂钻床的主轴 箱；要求较小的轴向尺寸而对径向尺寸要求并不严格；但有的机床，如卧式铣镗床、龙门铣床的主轴箱要沿立柱或横梁导轨移动，为减少其颠

8、覆力矩，要求缩小径向尺寸。机床主传动部件即主轴变速箱的结构设计主要内容包括：主轴组件设计，操纵机构设计，传动轴组件设计，其他机构（如开停、制动及换向机构等）设计，润滑与密封装置设计，箱体及其他零件设计等。 主轴变速箱部件装配图包括展开图、横向剖视图、外观图及其他必要的局部视图等。给制展开图和横向剖视图时，要相互照应，交替进行，不应孤立割裂地设计，以免顾此失彼。给制出部件的主要结构装配草图之后，需要检查各元件是否相碰或干涉，再根据动力计算的结果修改结构，然后细化、完善装配草图，并按制图标准进行加深，最后进行尺寸、配合及零件标注等。2.3 计算转速的确定主轴的计算转速在主轴调速范围中所居的地位，是

9、因为机床种类而已。对于大型机床，由于应用范围很广，调速范围很宽，计算转速可以取高一些。对于精密机床，钻床、滚齿机等，由于应用范围较窄，调速范围较小，计算转速应取低些。下表列出了各类机床主轴计算转速的统计公式。轻型机床的计算转速可比表中推荐值的高。数控机床由于考虑切削轻金属，调速范围比普通机床宽，计算转速也可以比表中推荐的高些。但是，目前数控机床尚未总结出公式，故主轴的计算转速的计算公式选用表1对本次设计机床定位中型车床，故选用公式其中 为主轴的最低转速 =40r/min 为主轴的变速范围 代入公式中 =136.6r/min 数控机床又与考虑切削轻金属、调速范围比普通机床要宽，计算转速也可以比推

10、荐的高些，故取2.4 传动级数的确定（1）主传动系统的参数主传动系统的主要参数有动力参数和运动参数。动力参数是指主运动驱动电动机的功率，运动参数指主运动的变速范围。运动参数： =2400r/min =40r/min主轴的调速范围： =60主轴的计算转速： =150r/min主轴恒功率变速范围：（2）主传动级数的确定综合考虑电动机与主轴功率特性的匹配问题（数控车床主轴要求的恒功率变速范围远大于调速电动机的恒功率变速范围），为了解决这一问题，需要在电动机与主轴之间串联一个分挡变速机构，以便扩大其恒功率调速范围，满足低速大功率切削时对电动机输出功率的要求。主传动系统的传动方式采用定比传动和分挡无级变

11、速相结合的传动方式。交流调频主轴电动机经带传动，传递给传动轴，传动轴再通过变速机构传递给主轴，从而实现主轴的变速。变速机构采用齿轮副来实现，如图2所示。这样通过电动机的无级变速，配合变速机构便可确保主轴的功率和转矩要求。 图2-1如图2-1所示，车床主轴要求的功率特性和转矩特性。这两条特性曲线是以计算转速为分界，从至最高转速的区域为恒功率区，在该区域内，任意转速下主轴都可以输出额定的功率，最大转矩则随主轴转速的下降而上升。从最低转速至的区域为恒转矩区，在该区域内，最大转矩不再随转速下降而上升，任何转速下可能提供的转矩都不能超过计算转速下的转矩，这个转矩就是机床主轴的最大转矩。在区域内，主轴可能

12、输出的最大功率，则随主轴转速的下降而下降。如果采用交流调频电机，FANUC主轴电机S系列，其额定转速为1500r/min，最高转速为6000r/min，恒功率调速范围/=6000/1500=4。如图所示是变速电机的功率特性。从额定转速到最高转速的区域为恒功率区；从最低转速到的区域为恒转矩区。很明显，变速电机的功率特性与车床主轴的要求不匹配：变速电机的恒功率范围小而主轴要求的范围大。图2-24远小于主轴要求的=16。因此，虽然交流调频电机的最低转速可以低于45r/min，总的调速范围可以超过主轴要求的=60，但由于恒功率调速范围不够，性能不匹配，是不能简单地使电动机直接拖动主轴的。则应在电动机与

13、主轴之间串联一个分级变速箱，来实现主轴与电机的恒功率匹配。在设计数控车床传动时，必须考虑电动机与主轴功率特性匹配问题。由于主轴要求的恒功率变速范围 远大于电动机的恒功率变速范围 ，所以在电动机与主轴之间要串联一个分级变速箱，以扩大其恒功率调速范围，满足低速大功率切削时对电动机的输出功率的要求。 在设计分级变速箱时，考虑机床结构复杂程度、运转平稳性要求等因素，变速箱公比的选取有下列三种情况。 取变速箱的公比 等于电动机的恒功率调速范围 ，即=，功率特性图示连续的、无缺口和无重合。如变速箱的变速级数为Z，则主轴的恒功率变速范围为 变速箱的变速级数Z可由上式算出 若要简化变速箱结构，变速级数应少些，

14、变速箱公比可取大于电动机的恒功率调速范围，即。这时，变速箱每挡内有部分低转速只能恒转变速，主传动系统功率特性图中出现缺口，称之为功率降低区。是用缺口范围内的转速时，为限制转矩过大，得不到电动机输出全部功率。为保证缺口处的输出功率，电动机的功率应相应增大，这样将会出现“大马拉小车”的现象 如果数控机床为了恒线速度切削需在运转中变速时，取公比小于电动机的恒功率变速范围，即，在主传动系统功率特性图上有一小段重合，这时变速箱的变速级数将增多，使结构变得复杂。适合于恒线速度切削时可在运转中变速，这时不能变速箱变速，必须用电动机变速。因为用变速箱变速时必须停车，这在连续切削时是不允许的。因此，可采用增加变

15、速箱的变速级数Z，降低公比的方法解决。 根据数控车床的结构要求和上面三种情况相比较，故选用第1种变速箱公比选择方法。取变速箱的公比等于电动机的恒功率调速范围 ，即=，则车床主轴的恒功率变速范围为 变速箱的变速级数 电动机恒功率调速范围=/=6000/1500=4，主轴的恒功率调速范围2400/150=16 = =2因此，车床主轴变速箱的变速级数为2（3）分级变速箱的设计计算通过主传动级数的确定，以及分级变速箱的公比=4的确定可得转速图（图2-3）电动机经定比传动1：2.5，使变速箱的轴得到2400r/min600r/min（恒功率）和600r/min160r/min（恒转矩）的转速。如果经主轴

16、之间的一对1：1齿轮传动，主轴能得到2400r/min600r/min恒功率转速范围图2-3。当主轴转速n降到600r/min时，电机转速降至1500r/min（额定转速）。如果电机转速继续下降，则将进入恒转矩区，最大输出功率也随之下降。主轴转速为2400r/min600r/min时，是恒功率。当电机转速低于额定转速时，最大输出功率将下降。当主轴转速降至1500r/min时，变速箱变速，经1/4传动主轴。这时电机转速自动地回到最高转速。当电机又从6000r/min降至1500r/min时，主轴从600r/min降至150r/min，仍为恒功率。主轴150r/min的转速已经接近于原要求的计算转

17、速，转速继续下降将进入恒转矩段。靠电机继续降速得到，当电机转速降至400r/min时，主轴转速降至150（1/2.5）（1/4）=40r/min，即为主轴的最低转速，这时电动机的最大输出功率为即为额定功率的27%图5功率特性图图2-4如图2-4所示a、b、d应该为一条直线，为了清楚起见，把她画成了2段并略为错开。可以看出，主轴的恒功率变速范围a-d两段拼接起来的，每段都等于电动机的恒功率调速范围=4，所以变速箱的公比=4。如图2-5所示，从a到d（由2段组成）转矩随着转速的下降而上升。至d点位主轴输出的最大转矩，d到e位恒转矩区。图6 转矩特性图图2-5对于传动轴，除重载轴外，一般无须进行强度

18、校核，只进行刚度验算。轴的抗弯断面惯性矩（）花键轴 =式中 d花键轴的小径（mm）；i花轴的大径（mm）；b、N花键轴键宽，键数；传动轴上弯曲载荷的计算，一般由危险断面上的最大扭矩求得：=式中 N该轴传递的最大功率（kw）; 该轴的计算转速（r/min）。传动轴上的弯矩载荷有输入扭矩齿轮和输出扭矩齿轮的圆周力、径向力，齿轮的圆周力式中 D齿轮节圆直径（mm）,D=mZ。齿轮的径向力：式中 为齿轮的啮合角，20；齿面摩擦角，；齿轮的螺旋角；0故N花键轴键侧挤压应力的验算花键键侧工作表面的挤压应力为：式中 花键传递的最大转矩（）； D、d花键轴的大径和小径（mm）； L花键工作长度； N花键键数；

19、 K载荷分布不均匀系数，K=0.70.8；（4） 传动比的确定从电机轴到中间轴带传动的传动比为1/2.5，从中间轴到主轴一组齿轮传动的传动比为1/1和1/4参数 轴I轴（电机轴）II轴（中间传动轴）III轴（主轴）计算转速（）1500600150输入功率（Kw） 5.5 5.28 5.07转矩（） 140.82 271.39 671.79 传动比i=12.5 i2=11,i3=14 ， 各轴的传动参数三、电动机的选择机床的主轴系统和进给系统有很大的差别。根据机床主传动的工作特点，早期的机床主轴传动全部采用三相异步电动机加上多级变速箱的结构。随着技术的不断发展，机床结构有了很大的改进，从而对主轴

20、系统提出了新的要求，而且因用途而异。在数控机床中，数控车床占42，数控钻镗铣床占33，数控磨床、冲床占23，其他只占2。为了满足量大面广的前两类数控机床的需要，对主轴传动提出了下述要求：主传动电动机应有2.2250kW的功率范围；要有大的无级调速范围，如能在1：1001000范围内进行恒转矩调速和1：10的恒功率调速；要求主传动有四象限的驱动能力；为了满足螺纹车削，要求主轴能与进给实行同步控制；在加工中心上为了自动换刀，要求主轴能进行高精度定向停位控制，甚至要求主轴具有角度分度控制功能等等。 主轴传动和进给传动一样，经历了从普通三相异步电动机传动到直流主轴传动，而随着微处理器技术和大功率晶体管

21、技术的进展，现在又进入了交流主轴伺服系统的时代，目前已很少见到在数控机床上有使用直流主轴伺服系统了。但是国内生产的交流主轴伺服系统的产品尚很少见，大多采用进口产品。交流伺服电动机有永磁式同步电动机和笼型异步电动机两种结构形式，而且绝大多数采用永磁式同步电动机的结构形式。而交流主轴电动机的情况则不同，交流主轴电动机均采用异步电动机的结构形式，这是因为，一方面受永磁体的限制，当电动机容量做得很大时，电动机成本会很高，对数控机床来讲无法接受采用；另一方面，数控机床的主轴传动系统不必像进给伺服系统那样要求如此高的性能，采用成本低的异步电动机进行矢量闭环控制，完全可满足数控机床主轴的要求。但对交流主轴电

22、动机性能要求又与普通异步电动机不同，要求交流主轴电动机的输出特性曲线（输出功率与转速关系）是在基本速度以下时为恒转矩区域，而在基本速度以上时为恒功率区域。数控机床使用的主轴驱动系统，可分为直流主轴驱动系统和交流主轴驱动系统两大类。下面根据这两大类主轴驱动系统的特点来选择主轴驱动系统。3.1 直流主轴驱动系统得特点在数控机床高速,高效,高精度的控制要求,使得FANUC直流主轴驱动与通常的速度自动调节系统相比有以下特点:（1） 调速范围宽, 采用FANUC主轴驱动的数控机床,在机械结构方面，小型机床通常采用电机与主轴直接或皮带变速的结构形式、中、大型机床通常只设置高,低速两级简单的机械变速机构，因

23、此，主轴电动机的调速必须全部依赖主轴驱动器进行控制。为保证数控机床的加工范围,使加工工艺相对集中，并达到理想的切削效果，主轴驱动器必须实现无级变速，且具有教宽的调速范围。（2） 在结构上，直流主轴电动机为全封闭的结构形式，可以在有尘埃和切削液飞溅的工业环境中使用。（3） 在冷却系统上，为了缩小体积，提高效率，主轴电动机采用了特殊法人热管冷却系统，可以将转子产生的热量迅速的向外界发散。（4） 在磁路设计上，为了使电机发热最小，煮粥电动机定子采用了独特的附加磁极，以减小损耗，提高了效率。3.2 交流主轴驱动系统 在近几年，很多机床都采用交流主轴驱动系统，下面谈论一下交流主轴驱动系统与交流主轴驱动系

24、统的一些特点：（1） 由于驱动系统采用了微处理器和现代控制理论进行控制，系统运行平稳，振动和噪音小，并且可以获得较大的调速范围和较高的低速转矩，可以较方便地与数控机床相配套。（2） 较大功率驱动系统采用了难度较大的“回馈制动”技术，在制动时，既可将电动机能量反馈回电网，起到节能的效果，又可以加快起、制动速度。（3） 驱动器具有转换器、实际转速转矩信号输出、电气主轴“定向准停”等功能，可以方便地与各类配套。（4） 电机采用无外壳结构，定子硅钢片直接进行空气冷却，可以在浮尘、切削液飞溅的场合安全、可靠地工作。（5） 与直流电机相比，由于交流主轴电机在结构上无换向器，主轴电机通常不需要进行维修。（6

25、） 主轴低年级转速的提高不受换向器的限制，最高转速通常比直流主轴低年级更高。（7） 主轴电机的冷却空气由前端向后流动，可以有效减少电机发热对机床精度的影响。3.3选择电机通过上面两种主轴驱动系统的比较，交流主轴电动机在工作环境，冷却系统和调速范围上都优于直流主轴驱动系统，故根据在这些方面的优势本设计的主轴驱动系统采用交流主轴驱动系统其选用的交流主轴电机的参数如下：主轴型号连续输出功率分钟额定输出功率基本速度变速范围5.55.57.5r/minr/min四、确定齿轮齿数4.1 选定齿轮类型,精度等级,材料及齿数.根据选定的传动方案,选用直齿圆柱齿轮传动.（1）本次设计属于金属切削机床类,一般齿轮

26、传动,故选用6级精度.（2）材料选择.由表10-1选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质)硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS.（3）选小齿轮齿数z1=24 大齿轮齿数z2=4z1=96 4.2按齿面接触强度设计 由设计计算公式(10-9a)进行试算,即确定公式内的各计算数值（1）试选载荷系数（2）计算小齿轮传递的转矩由上文可知为271.39N/m（3）由表10-7选取齿宽系数（4）由表10-6查得材料的弹性影响系数（5）由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限大齿轮的接触疲劳强度极限;（6）由式10-13计算应力循环次数 （7）

27、由图10-19查得接触疲劳寿命系数（8）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）得 2）计算（1）小齿轮分度圆直径，代入中较小的值 （2）计算圆周速度 （3）计算齿宽 （4）计算齿宽与齿高之比 模数 齿高 （5）计算载荷系数根据，6级精度，由图10-8查得动载系数；直齿轮，假设。由表10-3查得；由表10-2查得使用系数；由表10-4查得6级精度，小齿轮悬臂支承时， 将数据代入得 ； 由，查图10-13得；故载荷系数 （6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式（10-10a）得 （7）计算模数 4.3 按齿根弯曲强度设计由式（10-5）得弯曲强度的设计公式

28、为 1）确定公式内的各计算数值（1）由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限；（2）由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数，；（3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-12）得 （4）计算载荷系数K （5）查取齿形系数由表10-5查得；。（6）查取应力校正系数由表10-5查得；。（7）计算大小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大。2）设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可

29、取由弯曲疲劳强度算得的模数2.46并就近圆整为标准值m=3mm，按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数为24.大齿轮齿数为96这样设计出的齿轮传动，即满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4.4几何尺寸计算1）计算分度圆直径d1=z1m=243=72mmd2=z2m=963=288mm2）计算中心距a=d1+d22=180mm3）计算齿轮宽度取。4.5验算，合适。根据上边计算方法，依次求得其他齿轮参数如下：公式： d=mza组： Za1 = 24 Za2 = 96b组: Zb1 = 60 Zb2 = 60 表2 标准直齿圆柱齿轮轮齿各部分的尺寸计算 由

30、表2计算a、b两组齿轮参数如下a组： 模数m = 3 压力角 =20 齿距 P = m =9.42 齿厚 s = m/2 = 4.71 齿槽宽 e =m/2 = 4.71顶隙 c = cm =0.75齿顶高 h = 3 齿根高 h = (h+ c)m = 3.75 全齿高 h = h+ h=(2h+ c)m = 6.75b组: 模数m = 3 压力角 =20 齿距 P = m =9.42 齿厚 s = m/2 = 4.71 齿槽宽 e =m/2 = 4.71 顶隙 c = cm =0.75 齿顶高 h = hm = 3 齿根高 h = (h+ c)m = 3.75 全齿高 h = h+ h=(

31、2h+ c)m = 6.75中心距a=m2z1+z2=180mm五 皮带轮的设计计算设一天运转时间=810小时（按小带轮计算）1 确定计算功率Pca由表8-7查得工作情况系数KA=1.2，故计算功率Pca = KAP = 1.25.5 = 6.6kw2 根据Pca和n 选胶带型别为：A型3 确定带轮的基准直径dd并验算带速v1）选小带轮直径d1=85则大带轮直径d2=2.5d1=2122）验算带速v：V=6.67米/秒4 确定V带的中心距a和基准长度Ld1) 根据公式0.7d1+d2a0（F0）min8 作用在轴上的力F=2（F0）minZsin=1522N带轮宽：B=（Z-1）e+2f=72

32、六、主轴结构设计6.1对主轴组件的性能要求主轴组件是机床主要部件之一，它的性能对整机性能由很大的影响。主轴直接承受切削力，转速范围又很大，所以对主轴组件的主要性能特提出如下要求：回转精度 主轴组件的回转精度，是指主轴的回转精度。当主轴做回转运动时，线速度为零的点的连线称为主轴的回转中心线。回转中心线的空间位置，在理想的情况下应是固定不变。实际上，由于主轴组件中各种因素的影响，回转中心线的空间位置每一瞬间都是变化的，这些瞬时回转中心线的平均空间位置成为理想回转中心线。瞬时回转中心线相对于理想回转中心线在空间的位置距离，就是主轴的回转误差，而回转误差的范围，就是主轴的回转精度。纯径向误差、角度误差

33、和轴向误差，它们很少单独存在。当径向误差和角度误差同时存在时，构成径向跳动，而轴向误差和角度误差同时存在构成端面跳动。由于主轴的回转误差一般都是一个空间旋转矢量，它并不是所有的情况下都表示为被加工工件所得到的加工形状。主轴回转精度的测量，一般分为三种：静态测量、动态测量和间接测量。目前我国在生产中沿用传统的静态测量法，用一个精密的测量棒插入主轴锥孔中，使千分表触头触及检测棒圆柱表面，以低速转动主轴进行测量。千分表最大和最小的读数差即认为是主轴的径向回转误差。端面误差一般以包括主轴所在平面内的直角坐标系的垂直坐标系的垂直度数据综合表示。动态测量是用以标准球装在主轴中心线上，与主轴同时旋转；在工作

34、态上安装两个互成90角的非接触传感器，通过仪器记录回转情况。间接测量是用小的切削量加工有色金属试件，然后在圆度仪上的测量试件的圆度来评价。出厂时，普通级加工中心的回转精度用静态测量法测量，当L300mm时允许误差应小于0.02mm。造成主轴回转误差的原因主要是由于主轴的结构及其加工精度、主轴轴承的选用及刚度等，而主轴及其回转零件的不平衡，在回转时引起的激振力，也会造成主轴的回转误差。因此加工中心的主轴不平衡量一般要控制在0.4mm/s以下。刚度 主轴部件的刚度是指受外力作用时，主轴组件抵抗变形的能力。通常以主轴前端产生单位位移时，在位移方向上所施加的作用力大小来表示。主轴组件的刚度越大，主轴受

35、力变形就越小。主轴组件的刚度不足，在切削力及其它力的作用下，主轴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、轴承的正常工作条件，使其加快磨损，降低精度。主轴部件的刚度与主轴结构尺寸、支承跨距、轴承类型及配置型式、轴承间隙的调整、主轴上传动元件的位置等有关。抗振性 主轴组件的抗振兴是指切削加工时，主轴保持平稳地运行而不发生振动的能力。主轴组件抗振兴差，工作时容易产生，不仅降低加工质量，而且限制了机床生产率的提高，使刀具耐用度下降。提高主轴抗振兴必须提高主轴组件的静刚度，采用较大阻尼比的前轴承，以及在必要时安装阻尼器。另外，使主轴的固有频率远远大于激振力的频率。温升 主轴组件在运转

36、中，温升过高会引起两方面的不良后果：一是主轴组件和箱体因热彭涨而变形，主轴的回转中心线和机床其它组件的相对位置会发生变化，直接影响加工精度；其次是轴承等元件会因温度过高而改变已调好的间隙和破坏正常润滑条件，影响轴承的正常工作。严重时甚至会发生“抱轴”。数控机床一般采用恒温主轴箱来解决恒温问题。耐磨性 主轴组件必须有足够的耐磨性，以能长期保持精度。主轴上易磨损的地方是刀具或工件的安装部位以及移动式主轴的工作部位。为了提高耐磨性，主轴的上述部位应该淬硬或氮化处理。主轴轴承也需有良好的润滑，以提高耐磨性。以上这些要求，有的还是矛盾的。例如高刚度和高速，高速与低温升，高速与高精度等。这就要具体问题具体

37、分析，例如设计高效数控机床的主轴组件时，主轴应满足高速和高刚度的要求；设计高精度数控机床时，主轴应满足高刚度、低温升的要求6。6.2轴承配置型式本课题中数控机床的转速较高，却要求径向刚度好，所以轴承的配置型式选择为刚度速度型13。前轴承采用双列角接触球轴承，接触角为，它们通过套筒背靠背配置，以减少主轴悬伸量。后轴承采用双列短圆柱滚子轴承，以承受较大的传动力。如下图所示：图2.6 主轴支承型式6.3主要参数的确定主轴的主要参数是指：主轴平均直径D（或主轴前轴颈直径）；主轴内孔直径；主轴悬伸量a和主轴支承跨距。这些参数直接影响主轴的工作性能，但为简化问题，主要是由静刚度条件来确定这些参数，即选择D

38、、d、a、l使主轴获得最大静刚度，同时兼顾其它要求，如高速性、抗振性等。（1）主轴前轴颈直径的确定主轴平均直径对主轴部件刚度影响较大。加大直径，可减少主轴本身弯曲变形引起的主轴轴端位移和轴承弹性变形引起的轴端位移，从而 提高主轴部件刚度。但加大直径受到轴承dn值的限制，同时造成相配零件尺寸加大、制造困难、结构庞大和重量增加等，因此在满足刚度要求下应取较小值。按车床主电动机功率来确定，由资料16图6.183可取。 D1=80mm（2）主轴内孔直径d的确定确定孔径的原则是，为减轻主轴重量，在满足对空心主轴孔颈要求和最小壁厚要求以及不削弱主轴刚度的要求下，应取较大值。对于数控机床，。（3）主轴悬伸量

39、的确定主轴悬伸量是指主轴前端面到支承径向反力作用中点的距离，它对主轴部件的刚度和抗振性影响很大。因此在满足结构要求的前提下尽可能取小值。减小的常见措施有：尽量采用短锥法兰式主轴端部结构。推力轴承配置在前支承时，应安装在径向轴承的内侧而不是外侧。合理设计前支承的调整结构和密封装置形式。尽量采用主轴端部的法兰盘和轴肩等构成密封装置。采用向心推力轴承来代替向心轴承。成对安装的圆锥滚子轴承，应采取滚锥小端相对的形式；成对安装的向心推力轴承应采取背对背或面朝外的同方向排列形式。本课题中主轴前端的一对向心推力轴承正是采用这种安装形式。改变轴端工夹具的结构形式来减小a值16。（4）支承跨距的确定支承跨距是指相邻两支承的支承反力作用点之间的距离。合理确定是获得主轴部件最大静刚度的重要条件之一。当时，主轴部件具有最大刚度，即为主轴部件的最佳跨距。在具体设计时，往往由于结构上的限制而使，这就造成主轴部件的刚度损失。合理跨距,通常取。因为D、a一定时，越大，轴承的径向跳动对主轴前端的径向跳动影响越小，且加大可较小振动。当需要远大于时，可采用三支承结构6。6.4主轴头的选用如前文所述，采用短锥法兰式主轴端部结构有利于减小主轴悬伸量。本课题选用B型法