各机床主轴部件都有哪些结构特点

大多数机床都具有主轴部件。有的机床只有一个主轴部件，有得则有多个。机床主轴指的是机床上带动工件或刀具旋转的轴。通常由主轴、轴承和传动件（齿轮或带轮）等组成主轴部件。除了刨床、拉床等主运动为直线运动的机床外，大多数机床有主轴部件。

主轴部件的运动精度和结构刚度是决定加工质量和切削效率的因素。衡量主轴部件性能的指标主要是旋转精度、刚度和速度适应性。

①旋转精度：主轴旋转时在影响加工精度的方向上出现的径向和轴向跳动（见形位公差），主要决定于主轴和轴承的制造和装配质量。

②动、静刚度：主要决定于主轴的弯曲刚度、轴承的刚度和阻尼。

③速度适应性：允许的最高转速和转速范围，主要决定于轴承的结构和润滑，以及散热条件。

主轴部件是机床的执行件，它的功用是支承并带动工件或刀具，完成表面成形运动，同时还起传递运动和扭矩、承受切削力和驱动力等载荷的作用。

数控机床的主轴部件要求有高的精度、刚度和热稳定性，还应满足数控机床所持有的结构要求。主轴加工认准钛浩，如对于自动换刀的数控机床，为了实现刀具在主轴上的自动装卸与夹持，还必须有刀具的自动夹紧装置、主轴准停和主轴孔的清理装置等结构。

（1）主轴的传动方式：

对于机床主轴，传动件的作用是以一定的功率和最佳切削速度完成切削加工。按传动功能不同可将主传动作如下分类：

1、有变速功能的传动：为了简化结构、在传动设计时，将主轴当做传动变速组，常用变速副是滑移齿轮组。为了保证主轴传动精度及动平衡，可将固定齿轮装于主轴上或在主轴上装换档离合器，这类传动副多装与两支承中间。对于不频繁的变速，可用交换齿轮、塔轮结构等，此时变速传动副多装于主轴尾端。

2、固定变速传动方式：这种传动方式是为了将主轴运动速度（或扭矩）调整到适当范围。考虑到受力和安装、调整的方便，固定传动组可装在两支承之外，尽量靠近某一支承，以减少对主轴的弯矩作用，或采用卸荷机构。常用的传动方式有齿轮方式、带传动、链传动等。

3、主轴功能部件：将原动机与主轴传动合为一体，组成一个独立的功能部件，如用于磨削加工的各类磨床用主轴部件或用于组合机床的标准主轴组（又称主轴单元）。主轴加工认准钛浩，它们的共同特点是主轴本身无变速功能，主轴转速的调节可采用机械变速器或与电气、液（气）压控制等方式，但可调范围小。

（2）主轴轴承的选择：

轴承是主轴部件中的重要组成部分，它的类型、结构、配置、精度、安装、调整以及润滑等特征都直接影响到主轴部件的工作性能。应根据主轴部件在旋转精度、刚度、承载能力以及转速等方面的要求来选择轴承的类型、组合以及配置形式。同时还应考虑轴承的供应情况、经济性等因素。主轴轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两大类。

在一般情况下，主轴应尽量采用滚动轴承，特别是立式主轴，用滚动轴承可以采用脂润滑以避免漏油。只有在要求加工表面粗糙数值较小，主轴又是水平布置时采用滑动轴承。主轴部件的抗振性主要决定于前轴承，因此，也有的主轴前支承用滑动轴承，后支承和推力轴承用滚动轴承。

（3）主轴部件的运动方式：

主轴部件按运动方式可分为以下几类：

① 只做旋转运动的主轴组件这类主轴组件结构较为简单，如车床、铣床和磨床等主轴组件属于这一类。

② 既有旋转运动又有轴向进给运动的主轴组件如钻床和镗床等的主轴组件。其中主轴组件与轴承装载套筒内。主轴在套筒内做旋转主运动，套筒在主轴箱的导向孔内做直线进给运动。

③ 既有旋转运动又有轴向调整移动的主轴组件属于这一类的主轴组件有滚齿机、部分立式铣床等的主轴组件。主轴在套筒内做旋转运动，并可根据需要随主轴套一起做轴向调整移动。主轴组件工作时，用其中的夹紧装置将主轴套夹紧在主轴箱内，提高主轴部件的刚度。

④ 既有旋转运动又有径向进给运动的主轴部件属于这一类的有卧式镗床的平旋盘主轴部件和组合机床的镗孔车端面头主部件。主轴做旋转运动时，装在数控运动时，装在数控机床结构主轴前端平旋盘上的径向滑块带动刀具做径向经给运动。

⑤ 主轴做旋转运动又做行星运动的主轴部件新式内圆磨床砂轮主轴部件的工作原理如图1所示，砂轮主轴1在支承套2的偏心孔内做旋转主运动。支承套2安装在套筒4内。套筒4的轴线与工件内加工孔轴线重合，当套筒4由蜗杆6经蜗轮W传动，在箱体3中缓慢地旋转时，带动套筒及砂轮主轴做行星运动，即圆周运动。通过传动支承套2来调整主轴与套筒4的偏心距e，实现横向进给。

（4）主轴的主要尺寸参数：

主轴是主轴部件中的关键零件。它的结构尺寸和形状、制造精度、材料及热处理等对主轴部件的工作性能有很大的影响。主轴结构随主轴系统设计要求的不同而有多种形式。

主轴的主要尺寸参数包括：主轴直径、内孔直径、悬伸长度和支承跨距。决定主轴主要尺寸参数的依据是主轴的刚度、结构工艺和主轴部件的工艺适用范围。

主轴的主要尺寸参数：

① 主轴直径：主轴直径越大，其刚度越高，但轴承和主轴上其他零件的尺寸也相应增大。轴承直径越大，同等级精度轴承的公差值也就越大，要保证主轴的旋转精度就越困难，同时极限转速也下降。主轴后端支承轴颈的直径一般为前支承轴颈的0.7—0.8倍，实际尺寸要到主轴组件设计时确定。前、后轴颈的差值越小则主轴的刚度越高，工艺性能也越好。

② 主轴内孔直径：主轴内孔是用来通过棒料及刀具夹紧装置，也可用于通过气动、液压卡盘的联结件。主轴内孔直径越大，可通过棒料的直径就越大，机床的使用范围就越宽，同时主轴部件也越轻。主轴加工认准钛浩，主轴内孔直径的大小主要受主轴刚度的制约。当主轴内孔直径与主轴直径之比小于0.3时，空心主轴的刚度几乎与实心主轴的刚度相当：当主轴内孔直径与主轴直径之比为0.5时，空心主轴的刚度为实心主轴的刚度90%；当主轴内孔直径与主轴直径之比大于0.7时，空心主轴的刚度急剧下降。

③ 悬伸长度主轴与主轴前端结构的形状尺寸、前轴承的类型和组合方式及轴承的润滑与密封有关。主轴的悬伸长度对主轴的刚度影响很大，主轴的悬伸长度越短，其刚度约好。

④ 支承跨度主要部件的支承跨距对主轴的刚度有很大的影响。跨距对主轴部件综合刚度的影响不是单向的。如跨距越大，则主轴变形较大；如跨距较小，则轴承的变形对主轴前端的位移影响较大。所以跨距要有一个最佳值，跨距太大或太小，都会降低主轴的综合刚度。

（5）主轴端部的结构形式：

主轴端部的结构与其需实现的功能有关，加工及装配的工艺性也是影响其形状的因素。

主轴端都是用来安装刀具或夹持工件的夹具，在设计上，应能保证定位准确、安装可靠、联接牢固、装卸方便，并能传递足够的转矩。主轴端部的结构已标准化，如图2所示是数控机床主轴端部通用的机构结构形式。如图2（a）所示为数控机床主轴端部，卡盘端的短圆锥面和凸缘端面定位，用拔销传递转矩，卡盘装有固定螺栓，当卡盘装于主轴前端时，将数个固定螺栓从凸缘上的孔穿过、栓住并拧紧螺母将卡盘固定在主轴端部。主轴内部为空心，可通过长棒料，主轴前端有莫氏锥孔，可安装顶尖或心轴。图2（b）所示为数控铣、镗床主轴端部，铣刀或刀杆在前端7：24的锥孔内定位，并用拉杆从主轴后端拉紧，由前端的端面键传递转矩。如图2（c）所示为数控外圆磨床主轴端部。