主轴组件设计资.docx

主轴组件设计资数控机床的主传动系统2 本word文档包含以下内容： 主传动系统方案的选择确定 主轴组件设计计算 一、主轴组件设计要求 二、主轴组件结构尺寸及材料确定 主轴前后直径d1、d2的确定 主轴内孔直径d的确定 主轴悬伸量a的确定 主轴轴承支撑跨距L的确定 主轴端部结构尺寸的确定 主轴材料选择 三、主轴组件轴承选择设计计算 主轴组件轴承类型的选择 主轴组件轴承配置的选择 主轴组件轴承的精度 主轴组件轴承的润滑与密封 主轴组件轴承预紧和间隙调整 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。 12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 3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。 夹持着工件或刀具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 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 旋转精度 静刚度 抗振性 温升和热变形 耐磨性 51、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。 6工作转速下旋转的精度 通常讲的旋转精度是在无载荷、低速转动 的条件下。 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。 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。 72、刚度 主轴部件刚度K：主轴部件抵抗静态外载荷的能 力。K=Fy (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。 83、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。 94、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。 104、温升和热变形 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810； 精密机床1520； 普通机床3040。 115、耐磨性 指长期保持其原始精度的能力， 耐磨性： 即精度保持性。 易磨损的部位应要有高的耐磨性。12二、 主轴的滚动轴承 机床主轴轴承类型 滚动轴承 滑动轴承 一、主轴轴承的选择 13滚动轴承 、机床主轴常用的滚动轴承 1 14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。 15角接触球轴承 既可承受径向载荷，又可承受轴向载荷。 越大，轴向承载能力越大。多用于高速主轴。 16双向推力角接触球轴承 越小，允许的转速越高，但轴向刚度越低。6的厚度就能消除间隙和预紧。 承受轴向载荷。接触角 修磨隔套 17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。 18加梅(Gamet)轴承 22g为H系列，用于前支承。 图22h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(1620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。 19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。 20·· · · · · 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， 21 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： 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。 22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。 适应结构要求 23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： 24253、主轴滚动轴承精度 主轴轴承的精度：P2、P4、 P5 、 P6、 P0六 级，又规定了SP级和UP级作为补充。 26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。 当前轴承轴心有a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b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： 27：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。 28·· · 5、滚动轴承的润滑和密封 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。 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。 29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承载能力的。 2、承载能力与滑动速度成正比。低速承载能力低。 3、用于高速和转速变化不大的地方，如磨床主轴。 静压轴承 1、油膜压强靠液压泵建立，与主轴的转速关系不大。 2、常用于低速或转速变化较大的地方。 3、静压轴承的油膜较厚，对轴颈、轴瓦孔的圆度误差 30能起均化作用，故还用于精度要求较高的主轴。 三、 主轴 1、主轴的结构 主轴端部的结构应保证夹具或刀具安装 可靠、定位准确、连接刚度高、装卸方便 并能传递足够的转矩。 目前，主轴的端部形状已标准化。 31常见机床主轴端部结构形式 32主轴的构造 为了提高刚度，主轴的直径应尽量大一些，悬伸 量应尽可能地小 些。 为便于装配，主轴常制成阶梯形的。 为了不使主轴的刚度受太大的影响，主轴内孔直 径不宜超过外径的70%。 332、主轴的材料和热处理 应根据耐磨性、载荷特点、热处理方法、热处理 后的变形选择主轴材料 。 343主轴主要结构参数的确定 主轴的结构参数主要包括：主轴的平均直径(或前、 后轴颈直径)、内孔直径、前端的悬伸量、支承跨 距等。 主轴前轴颈直径D1的选取 · 车床和铣床主轴后轴颈直径D2(0.70.85)D1。 · 磨床主轴常为前、后轴颈相等，中段较粗。 35主轴悬伸量的确定 · 主轴的悬伸量a：主轴前端面到前支承径向支反力 作用点之间的距离。 · 设计时应努力缩短悬伸量。 主轴最佳跨距的选择 · 主轴的跨距：前、后轴承之间的距离。 · 主轴的跨距直接影响主轴端部的扰度，合理的 跨距可使主轴端部的扰度最小。 · P119推荐值。 36四、典型主轴部件 1、车、镗、铣类机床主轴部件 。 数控车床主轴部件 37迷宫密封汽封 38卧式铣床主轴部件 三支承主轴，前、中为主，后支承(6216)为辅。 碟形弹簧1用以控制预紧力，并补偿因主轴热伸长 而使轴承预紧力发生的变化。 39 碟形弹簧 402、钻床类主轴部件 · 轴向载荷较大，两推力轴承4、7分别 承受两方向的轴向 力，螺母9用于调 整4、7的预紧量。 · 径向载荷较小，由深沟球轴承3支承。 · 脂润滑 41深沟球轴承 423、磨床类主轴组件 两端径向载荷较大、轴向载荷不大，故前后 各装两个同向的角接触球轴承。 预紧力靠螺旋弹簧保证。 434、电动机主轴 44深沟球轴承 45