（优秀毕业全套设计）XK2001机床主轴组件建模与工程分析（整套下载）

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第章机床主轴组件理论设计计算.主轴主要参数的计算主轴的主要参数是主轴前端直径，主轴内径。

主轴悬伸量和主轴支撑跨距。

主轴前端直径主轴按电机功率如下表功率机床车床铣床及加工中心外圆磨床表车床铣床镗床加工中心等机床因装配的需要，主轴直径常是自前往后逐渐减小的。

前轴颈直径大于后轴直径。

对于车铣床般，由上表可取。

因此可知由式子后端直径圆整后主轴内径主轴内孔径与机床类型有关，主要用来通过棒料镗杆拉杆或顶尖。

确定内孔径原则是为减轻主轴重量，在满足对空心主轴孔径要求和最小壁厚要求下，应取最大值。

主轴的内径是通过刀具夹具装置固定刀具传动气动或液压卡盘等。

主轴孔径越大，主轴部件的相对重量就越轻。

主轴的孔径大小主要受主轴刚度的制约。

主轴的孔径与主轴直径之比，小于.时空心主轴的刚度几乎与实心主轴相等等于.时空心主轴的刚度为实心主轴的大于.时，空心主轴的刚度就急剧下降。

般可取其比值为.左右。

主轴本身刚度正比于抗弯断面惯性矩由式子可知取孔径的直径极限为此时若孔径再大，刚度急剧下降根据推荐值取，主轴前端悬伸量确定图主轴悬伸量指主轴前端面到前支承径向反力作用中点般即为前径支撑中点的距离，参考表.，它主要取决于主轴前端部结构形式和尺寸，前支撑轴承配置和密封等。

因此主要由结构设计确定。

悬伸量与主轴部件的刚度及抗振性成反比，故应尽量取小值。

材料的弹性模量轴惯性距前刚度值后刚度值初选值可参考下表确定车床和主轴类型精密车床自动车床用滚动轴承支承，适用高精度和普通精度要求中等长度和较长主轴端的车床和铣床，悬伸不太长不是细长的精密镗床和内圆磨床，用滚动轴承和滑动轴承支承适用于绝大部分普通生产要求表计算得悬伸量为主轴跨距的确定主轴跨距是决定主轴系统动静刚度的重要影响因素，目的是找出在切削力作用下，主轴前端的柔度值最小的跨距称为最优跨距。

实验证明，动态作用下最优跨距很接近于推得最优值，因此设计时尽量达到最优值。

前端角接触球轴承的刚度主要为轴向刚度其中内径为，查参考表.查轴承样本额定动载荷取计算得主轴跨距为.轴的刚度计算如果主轴前后轴承由数段组成，则当量直径参考文献式中分别为各段的直径和长度总长，如果前后轴承的直径相差不大，也可把前后轴承直径的平均值近似地作为当量直径。

主轴的前悬伸部分较粗，刚度较高，其变形可以忽略不记，后悬伸部分不影响刚度，也可不计算。

如主轴前端作用外载荷如下图参考文献图主轴组件计算模型则挠度参考文献式中外载荷前悬伸，等于载荷作用点至前支承点间的距离跨距，等于前后支承的距离弹性模量，钢的截面惯性距，主轴的外径和孔径。

又因为，孔的影响可以忽略由此可得主轴刚度满足要求。

.轴承的选型主轴轴承是主轴组件的重要组成部分，它的类型结构配置精度安装调整润滑和冷却都直接影响了主轴组件的工作性能。

在数控机床上主轴轴承常用的有滚动轴承和滑动轴承。

滚动轴承摩擦阻力小，可以预紧，润滑维护简单，能在定的转速范围和载荷变动范围下稳定地工作。

滚动轴承有专业化工厂生产，选购维修方便，在数控机床上被广泛采用。

与滑动轴承相比，滚动轴承的噪声大，滚动体的数目有限，刚度是变化的，抗震性略差，但总体来说，数控机床主轴组件在可能的条件下，应尽量使用滚动轴承，特别是大多数立式主轴和主轴在套筒内能够做轴向移动的主轴。

这时用滚动轴承可以用润滑脂润滑，以避免漏油。

滚动轴承根据滚动体的结构分为球轴承圆柱滚子轴承圆锥滚子轴承三大类。

主轴轴承主要应根据精度刚度和转速来选择，为了提高精度和刚度，主轴轴承间的间隙应该是可调的。

线接触的滚子轴承比点接触的球轴承的刚度高，但定温升下允许的转速较低，下面就简述几种常用的数控机床主轴的机构及适用范围。

角接触球轴承这种轴承既可以承受径向载荷又可以承受轴向载荷。

常用的接触角主要有两种其中的编号为型旧代号为型，属于特轻型或编号为型旧代号为型，属于超轻型。

的编号为型旧代号为型，属于特轻型或编号为型或编号为型旧代号为型，属于超轻型。

如图所示参考文献图角接触球轴承角接触球轴承多用于高速主轴，随接触角的不同，其应用有所区别，的轴向刚度较高，但径向刚度和允许的转速略低，多用于车镗铣加工中心等主轴的转速可更高些，但是轴向刚度较低，常用于轴向载荷较小转速较高的磨床主轴或不承受载荷的车镗铣主轴后轴承。

图角接触球轴承这种轴承为点接触，刚度较低。

为了提高刚度和承载能力，常用多联组配的方法。

所以本设计前支承采用双联组配的方式，代号为。

圆柱滚子轴承图为双列圆柱滚子轴承参考文献，他的特点是内孔为的锥孔，与主轴的锥行轴径相配合。

轴向移动为内圈，可把内圈胀大，以消除径向间隙或预紧，这种轴承只能承受径向载荷。

图双列圆柱滚子轴承圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承既能承受径向载荷，又能承受双向的轴向载荷，滚子数量大，故刚度和承载能力均较大。

由于圆锥滚子轴承是外缘凸肩轴向定位，因而箱体上通孔加工方便，但缺点是滚子大端的端面与内圈挡边之间为滑动摩擦，发热较大，故允许的极限转速较低。

深沟球轴承这种轴承只能承受径向载荷，轴向载荷则由配套的推力轴承承受。

此种轴承般不能调整，常用于精度要求和刚度要求不太高的地方。

在本设计中，前轴承采用角接触球轴承以适应较高速的要求。

主轴轴向载荷较大，故选用接触角的轴承。

轴向力的方向是从轴头部指向尾部，故前轴承采用三联组配，前两轴承同向都面朝前，共同承担轴向载荷。

后轴承与前两轴承背靠背，以实现预紧。

后支承的载荷较大，因此采用双列圆柱滚子轴承。

这种轴承的外圈是可以分离的，主轴热膨胀时，可连同轴承内圈的滚子在外圈滚道上轴向移动。

后轴承直径比前轴承小，预紧力也小，因此温升不致超过前轴承。

.轴承间隙调整和预紧主轴轴承的内部间隙，必须能够调整。

多数轴承，还应能够在过盈状态下工作，使滚动体和滚道之间有定的欲变形，这就是轴承的预紧。

轴承预紧后，内部无间隙，滚动体从各个方向支承主轴，有利于提高运动精度。

滚动体的直径不可能绝对相等，滚道也不可能绝对正圆，因而预紧前只有部分滚动体和滚道接触。

预紧后，滚动体和滚道都有了定的变形，参加工作的滚动体将更多，各滚动体的受力将更均匀。

这都有利于提高轴承的精度刚度和寿命。

如主轴产生振动，则由于各个方向都有滚动体支承，可以提高抗振性。

但是，预紧后发热较多，温升较高且太大的预紧将使轴承的寿命降低，故预紧要适当。

本设计为数控车床的主轴组件设计，功率相对较小，所以取中预紧。

.主轴组件的刚度和刚度损失的计算最佳跨距的确定取弹性模量，.主轴截面惯距截面面积.主轴最大输出转矩故总切削力为估算时，暂取即取前后支承支反力取则则当量切削力的计算对于车床.则水平面内垂直面内主轴端部的挠度计算，传动力的作用下，主轴端位移的计算公式见下式式中号表示位移方向上与力反向，表示齿轮与前支承的距离，表示齿轮与后支承的距离，将各值带入，得水平面内垂直面内则主轴最大端位移为已知主轴最大端位移许用值为则，符合要求。

主轴倾角的验算在切削力的作用下主轴前轴承处的倾角为水平面垂直面内传动力作用下主轴倾角为水平面内垂直面内则主轴前轴承处的角为垂直面内故符合要求。

.轴承的校核齿轮受切向力径向力切削力，径向切削力轴向切削力，转速垂直面内的受力分析水平面内的受力分析故合力求两轴承的轴向力对型轴承两次计算的差值不大，因此，确定，当量动载荷对两轴承取由载荷性质，轻载有冲击故取当量载荷。

因为所以可知其寿命轴承也符合刚度要求。

.主轴组件的润滑和密封主轴滚动轴承的润滑润滑的作用是减少摩擦降低温升并与密封装置起保护轴承不受外物的损伤与腐蚀。

润滑剂和润滑方式决定于轴承的类型速度和工作负荷。

如果选择合适，可以降低轴承的工作温度和延长使用寿命。

滚动轴承可以用润滑脂或润滑油润滑。

在速度较低时，用润滑脂比用润滑油温升低速度较高时，用油润滑较好。

脂润滑脂润滑使用方便，不需要供油管路和系统，没有漏油问题。

如果转速不太高数值可查轴承样本，滚动轴承应尽量采用脂润滑，特别是立式主轴或装在套筒内可以伸缩的主轴如钻床坐标镗床加工中心等的主轴。

润滑脂使用期限长，如果转速不超极限值，次充填可使用以