主轴组件是机床重要的组成部件机床工作时 由主轴夹持着ppt课件.ppt

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1、主轴组件是机床重要的组成部件，机床工作时，由主轴夹持着工件或刀具直接参加表面成形运动，主轴组件的工作性能，对加工质量和生产率有重要影响。,第六章 主轴组件,组成：主轴、轴承、传动件和紧固件，润滑密封装置。,功用：1. 夹持着工件或刀具直接参加表面成形运动，并在一定转速下，传递扭矩，承受载荷；,2. 使工件或刀具与机床其他有关部件间保持准确的位置关系。, 6.1 概述, 6.2 对主轴组件的基本要求,一、旋转精度,主轴组件的旋转精度是指在无载荷、低速转动下，主轴前端安装工件或刀具的径向和轴向跳动。,旋转精度取决于主轴及轴承制造、装配、调整的精度。,二、静刚度,静刚度是指在静态外载荷作用下抵抗变形

2、的能力。,大多数机床以弯曲刚度衡量主轴组件的刚度；受扭的主轴组件以扭转刚度来衡量扭转刚度。,静刚度不足的危害：影响加工精度（工件形状、尺寸）及表面质量，影响齿轮正常的啮合状态，产生磨损和振动等。,影响主轴组件静刚度的因素：主轴的尺寸、形状、轴承的类型、数目、配置形式、主轴组件的制造及装配质量。,三、抗振性,主轴组件的抗振性是指抵抗振动保持平稳运行的能力。主轴振动有受迫振动和自激振动两种类型。,受迫振动：主轴上旋转零件的偏心质量产生的离心力，速度不均产生的惯性力，切削时周期性变化的切削力使主轴组件产生受迫振动。,自激振动：在没有外界动态干扰作用下，由于机床、工件、刀具弹性系统正反馈的作用，在加工

3、过程中使刀具与工件之间产生的一种周期性的强烈的相对振动，也叫颤振。,四、温升和热变形,温升产生热变形，使主轴伸长、轴承间隙变化，前后轴承温升不同使主轴轴线偏离正确位置，降低润滑油粘度，直接影响加工精度。 为保证主轴组件正常工作，应控制热变形。,五、耐磨性,主轴组件的耐磨性是指长期保持其原始精度的能力，即精度保持性。,耐磨性主要取决于主轴及轴承等相对运动表面及配合表面的耐磨性。,影响耐磨性的因素：材料、热处理方法、润滑方式及部件的制造及装配质量。,提高耐磨性的措施：提高相对运动表面的耐磨性；磨损后能适当补偿。, 6.3 主轴轴承,主轴旋转精度 由轴承决定 主轴组件总变形量 轴承占3050% 主轴

4、组件的总发热量 轴承占较大成分,主轴部件工作性能和精度取决于主轴、支承孔及轴承等的工作性能和精度。,机床要求主轴轴承回转精度高，刚度高，承载能力强，抗振性好，速度性能好，噪声小，寿命长。,一、主轴滚动轴承,1. 轴承类别的选择,主要依据主轴组件具体的工作要求，如传递功率、变速范围、工作精度、制造条件，经济效果几个方面考虑，首先应满足工作性能要求，再兼顾其他方面，尽量采用滚动轴承。,当加工表面粗糙度要求高，主轴是水平的机床（如外圆和平面磨床，高精度车床等）采用滑动轴承。,主轴组件的抗振性主要取决于前轴承，主轴前支承可用滑动轴承，后支承和推力支承用滚动轴承。,2. 主轴滚动轴承的选型,根据精度、刚

5、度和转速选择，为了提高精度和刚度，主轴轴承的间隙应该是可调的。,根据滚动轴承滚动体的接触方式可分为点接触和线接触。同样尺寸的轴承，线接触比点接触承载能力强，刚度高，但极限转速低。,3. 滚动轴承精度选择,主轴的轴承精度有 P2 P4 P5 新标准 (B C D 旧标准)价格比 10 7 2.3机床精度等级 前轴承 后轴承普通精度级 P5或P4 P5或P4 精密级 P4或P2 P4高精度级 P2 P2,4. 转速,轴承的极限转速取决于轴承的类型、负荷、间隙的调整、允许的温升，选用的润滑剂和润滑方式。,5 寿命,如轴承使用后，比原规定的精度降了一级，则到寿命。,轴承失效的形式,6. 刚度,主轴组件

6、的轴向刚度取决于轴承的轴向刚度，由于轴承与箱体的接触面积大，故变形可不计。,滚动轴承的刚度是指引起单位径向弹性位移所需施加的径向力。,滚动轴承的刚度越大，表示了滚动体与滚道之间的单位载荷的变形越小。,二、主轴滑动轴承,滑动轴承的一个显著特点就是抗振性好。,（一）液体动压轴承,动压轴承用于高速、转速变化不大、高精度、水平主轴。分为固定多油楔与活动多油楔轴承。,对动压轴承要求：,(1) 要能调整轴径与轴瓦之间的间隙；,(2) 应是多油楔的。,（二）液压静压轴承,静压轴承用于低速、转速变化大、高精度水平主轴。,静压轴承的特点：,（1）转速适应范围宽；,（2）液体摩擦，故摩擦小，散热好，抗振性好；,（

7、3）轴承制造安装精度对加工精度无影响，油膜厚度对轴颈不圆误差有均化作用；,（4）需供油装置，成本高。, 6.4 主轴,一、主轴的构造,1. 主轴头部已标准化，用以安装标准刀具和夹具;,2. 为了便于装配，主轴常做成梯形;,3. 有的中空穿棒料。,二、主轴的材料和热处理,选择主轴的材料，主要根据耐磨性、热处理方法和热处理后的变形选择。,主轴的刚度除受结构尺寸影响外，主要取决于弹性模量E值，普通机床的主轴，一般采用优质中碳钢。,主轴头部锥孔，定心轴颈、定心锥面高频淬火至HRC50 55。,大型机床的低速主轴，因尺寸大，也有用铸铁的，铸铁具有吸振、耐磨、工艺性好、成本低。,精密机床主轴，要求热变形小

8、，抗冲击振动，承受较大载荷及冲击载荷，用合金钢如40Cr、20Cr、16MnCr5、12CrNi2A，渗碳淬硬HRC60；,滑动轴承支承的高精度机床主轴如磨床砂轮主轴、镗床、坐标镗床、加工中心等，要求很高的耐磨性，材料用39CrMoAl，氮化处理，硬度为HRC69 72。,主轴与轴承配合处进行淬火，滚动轴承处是为了提高接触强度，并防止拆装时碰上配合表面；滑动轴承处，因有相对运动，故应提高其耐磨性。,主轴的精度是指主轴上的支承面、定位面、配合面的形状位置公差的大小，粗糙度的高低。 主轴轴颈和壳体孔径处直径公差、形状公差值应查表获取。,三、主轴的技术要求,主轴其余的技术条件，应根据机床精度标准制定

9、。,表面粗糙度：普通机床滑动轴承轴颈Ra0.2m； 滚动轴承轴颈Ra0.4m；磨床砂轮主轴，滑动轴承轴颈Ra0.1m； 滚动轴承轴颈Ra0.2m；当主轴转速超过600rpm，自由表面Ra1.6m。, 6.5 主轴组件,这类主轴前后径向支承，可用双列圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承；,一、车、镗、铣加工中心类机床主轴,1. 中等转速，较大载荷的主轴组件,推力支承可用双向推力角接触轴承、圆锥滚子轴承。 数控机床主轴组件： 前支承：双向推力球轴承，承受双向轴向力； 双列短圆柱滚子轴承，承受径向力。,特点：主轴热变形伸长向后，对加工精度没有影响，但结构复杂，支承发热大。,用滚子轴承结构简单，仍属前端固定，主

10、轴转速较低，后支承为辅助支承。,优点：前中轴承跨距短，比较接近最佳跨距(主支承跨距)。,缺点：对轴承精度、刚度和耐磨性以及工艺上的要求较高。,2. 转速较高、载荷较小,高速型车、镗、铣主轴多采用该种结构形式。,两端径向载荷较大，前后支承，各用两个角接触球轴承，背靠背安装。 轴向载荷不大，属前端固定 高速主轴常用定压予紧，予紧力靠调整弹簧保证。,二、磨床类主轴组件,三、滚动轴承的予紧,使轴承滚道与滚动体之间有一定的过盈量称予紧，可提高轴承精度、刚度和寿命。过渡予紧又会提高温升，降低寿命。,1. 双列圆柱滚子轴承的予紧,予紧原理：双列圆柱滚子轴承是径向予紧； 径向予紧量：=D2-D1 D2 滚子包

11、络圆直径； D1 轴承外圈内孔孔的直径。,予紧量5m时，轴承的刚性随予紧量增加而增加，此后变化不大。,为提高轴承的抗振性能，希望轴承在受载荷时，不受力侧仍与外圈接触。,根据Fr求变形量，根据变形量可求出Fa 。,2. 角接触球轴承,球轴承予紧对刚度提高明显。,予紧方法：使内、外圈间产生轴向错位。,予紧控制：背靠背磨内圈，面对面磨外圈。,轻予紧 用于高速主轴。,中予紧用于中、低速主轴。,重予紧用于分度主轴。, 6.6 提高主轴组件性能的一些措施,一、提高精度,提高主轴组件的旋转精度，除必须保证主轴和轴承一定的精度外，还可采取一些工艺上的措施。如采用定向装配法和装配后精加工等方法。,对精密和高精度

12、机床，为了保证精度，可采用装配后精加工的方法。,精密和高精度机床，在修理拆卸时，须在轴承外圈与箱体、内圈与主轴之间做好记号，装配时按原记号装配，不能改变原来的相对位置关系，否则，重装后降低了精度。,二、控制温升、提高转速、减小热变形,1. 加强冷却;,2. 加强润滑。,1. 提高主轴组件的固有频率，避开激振力的频率，以免发生共振。通常使其大于激振力频率的30%。,三、改善动态特性,2. 提高主轴轴承，特别是前支承的阻尼。,3. 采用三支承；,4. 采用消振装置。, 6.7 主轴准停及自动换刀装置,在数控镗床、数控铣床和以镗铣为主的加工中心上，当主轴停止转动进行自动换刀时，要求主轴每次停在一个固

13、定的位置上。这就要求主轴必须设准停装置，准停装置有机械和电气两种准停方式。,1.当主轴需要停车换刀时，发出降速信号，在时间继电器延时数秒后，接通无触点开关；,一、准停装置,（一）机械式准停装置,3. 再经过继电器延时，接通压力油，使定位油缸内的活塞带着滚子向左运动，紧压在凸轮外表面；,4. 当凸轮上的V形口对准滚子时，滚子进入槽内，使主轴准确停止，同时限位开关LS2发出信号，表示已经完成定向；,5. 活塞退回，LS1发出相应信号，此时主轴可启动工作。,2. 当凸轮上的感应块对准接通无触点开关时，发出定向信号，立即切断电源，主轴降速；,（二）电气式主轴准停装置,1. 当机床主铀需要停车换刀时，数

14、控装置发出主轴停转的指令，主轴电动机立即降速，使主轴以很低的转速回转;,2. 当永磁铁对准磁传感器时，磁传感器发出准停信号，此信号经放大后，由定向电路使电动机准确地停止在规定的周向位置上。,这种准停装置机械结构简单，准停的定位精度可达0.1 ，能满足一般换刀要求。,二、主轴的自动换刀装置,1. 松刀：A口压入油，活塞14下压推杆7，使蝶簧13 被压缩，卡爪5下移并在弹簧6的作用下张开。喷气将刀柄顶松，机械手拔刀。,2. 上刀： B口压入油，活塞14向上，推杆7在蝶簧13作用下上移，拉动使卡爪5，将刀柄拉紧。,饭卡打开巴士风格反对广泛的,的非官是大苏打 发的发非官方共和国符合国家和国际撒的方大哥

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