立式数控铣床主轴部件的设计

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1、数控立式铣床主轴结构设计专业：机制主讲人：戎娜黄兰王耀锋主轴组件的设计主轴组件主要包括：主轴、主轴支撑和安装在主轴上的传动件、密封件等因为主轴带动工件或刀具直接参加工件表面形成运动，所以它的工作性能对加工质量和生产率产生直接影响，是机床最重要的部件之一。一、主轴组件的设计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，每一瞬间都是变化的。这些瞬间回转中心线的平均空单位转移不为理想回转中心线，理想回转中心线在空间位置的距离，就是主轴的回转误差，而回转误差的范围，就是主

2、轴的回转精度。纯向误差、角度误差和轴向误差，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。主轴刚度主轴组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，主轴受力的变形就越小。主轴组件的刚度不足，在切削力及其他力的作用下，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、支撑跨距、所选轴承类型及配置形势、砂间隙的调整、主轴上

3、传动元件的位置等有关主轴组件的抗振性是指切削加工时，主轴保持平稳的运转而不发生振动的能力。主轴组件抗振性及在必要时安装阻尼（消振）器。另外，使主轴固有频率远远大于激振力的频率。主轴抗振性主轴温升主轴组件在运转中，温升过高会起两方面的不良结果：一是主轴组件和箱体因热膨胀而变形，主轴的回转中心线和机床其他件的相对位置会有变化，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”。主轴主要结构参数的确定主轴的主要结构参数有：主轴前、后轴颈D1和D2，主轴内孔直径d，主轴前端悬伸量a

4、和主轴主要支撑间的跨距L。这些参数直接影响主轴旋转精度和主轴的刚度。XK5040数控铣床主轴规格：主轴锥度：7:24mm主轴转速：100～4000rpm轴承润滑方式：润滑油主轴马达功率：5.4/7.5（30min）kw主轴直径主轴直径越大，其刚度越高，但使得轴承和轴上其他零件的尺寸相应增大。轴承的直径越大，同等级精度轴承的公差值也越大，要保证主轴的旋转精度就越困难。同时极限转数下降。实际尺寸要在主轴组件结构设计时确定。前、后轴颈的差值越小则主轴的刚度越高，工艺性能也越好。一般前后端轴颈：D2≈（0.7-0.85）D11、主轴最小直径的估算当数值上p≤时

5、，可按扭转刚度估算最小轴径，即：式中：d—主轴的最小直径（cm）P—主轴传递的功率(kw)，已给出P=5.4kw—主轴的计算转速(r/min)，已给出=160r/min代人数值得：d≥4.4cm取主轴的最小直径=45mm，最小直径本应该是后轴颈，但是考虑到轴承的轴向固定采用锁紧螺母，应留锁紧螺母的位置。考虑到轴上装轴承，有配合要求，应将后轴颈的直径圆整到标准直径，同时要考虑到选择轴承的类型，因此选择后轴颈的直径=50，主轴内孔直径主轴内孔直径与机床的类型有关，确定孔径的原则是：为减轻主轴重量，在满足上述工艺要求及不削弱主轴刚度的前提下，尽量取较大值，孔

6、径d对主轴刚度的影响是通过抗弯截面惯性矩而体现的，即主轴本身的刚度正比于抗弯截面惯性矩，其关系式为Ｉ空/Ｉ实＝根据上式可绘制出主轴孔径对主轴刚度影响曲线，如图4-1D—主轴平均直径d—主轴平均孔径K空—直径为Ｄ实心主轴刚度，K实—直径为Ｄ，孔径为d的空心轴的刚度。由图4-1知：当d／Ｄ≤0.5时，内孔d对主轴刚度几乎无影响，通常取孔径d的极限值＜0.7D。此时Ｉ空＞0.75Ｉ实，即刚度消弱量小于25%，若孔径再大主轴刚度急剧下降，一般铣床主轴孔径d可比刀具拉杆直径大5～10mm。主轴悬伸量a主轴悬伸量（又称悬伸长度）是指主轴前端至前支承点的距离，它的大

7、小对主轴组件的刚度和抗振性有显著影响。悬伸量小，轴端位移就小，刚度得到提高。主轴悬伸量的大小往往受结构限制，主要取决于主轴端部的结构型式及尺寸、刀具或夹具的安装方式、前轴承的类型及配置、润滑与密封装置的结构尺寸等。主轴前后支承跨距（简称支距）L对主轴组件的刚度、抗振性和旋转精度等有较大的影响。支承跨距L支承跨距过小，主轴的弯曲变形固然较小，但因支承变形引起主轴前轴端的位移量增大；反之，支承跨距过大，支承变形引起主轴前轴端的位移量尽管减小了，但主轴的弯曲变形增大，也会引起主轴前端较大的位移。因此存在一个最佳跨距L0，在该跨距时，因主轴弯曲变形和支承变形引

8、起主轴前轴端的总位移量为最小。一般取L0=（2～3.5）a，本文所设计的主轴暂取L=2.5a=