第10章-主轴组件课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高刚度结构,前支承用,双列圆柱滚子轴承,承受径向载荷和,60,角接触双列向心推力球轴承,承受轴向载荷，后支承采用双列短圆柱滚子轴承。,适用于中等转速和切削负载较大，要求刚度高的机床。如数控车床主轴、镗削主轴单元等。,高刚度结构 前支承用双列圆柱滚子轴承,高速结构,主轴前后轴承都采用,角接触球轴承,（两联或三联）。根据轴向切削分力的大小，可选用接触角为,25,、,15,的球轴承；在相同工作条件下，前者的轴向刚度比后者大一倍。,角接触球轴承具有良好的高速性能，但它的承载能力较小，因而适用于高速轻载或精密机床，如高速镗削单元、高速,CNC,车床等。,高速结构 主轴前后轴承都采用角接触球轴承（两联或,速度刚度结构,速度刚度结构,第十章 主轴组件,组成,主轴、轴承、传动件,(,齿轮、带轮,),、紧固件（如螺母）、密封件等,大多数机床都具有主轴组件；刨床、拉床除外,有的机床只有一个主轴组件，,有的有多个，如磨床、组合机床,第十章 主轴组件组成主轴、轴承、传动件(齿轮、带轮),金属切削机床,主轴组件功用,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。,静态、动态和热态特性直接影响加工质量；,转速影响机床的切削生产率；,是机床的一个重要部件。,金属切削机床主轴组件功用支承并带动工件或刀具，完成表面成形,金属切削机床,主轴和传动轴,共同点,两者都传递运动、转矩并承受传动力，都要保证传动件和支承的正常工作。,不同点,主轴直接承受切削力，还要带动工件或刀具，实现表面成形运动。,主轴组件有较高的要求,金属切削机床主轴和传动轴共同点两者都传递运动、转矩并承,金属切削机床,主轴组件的特点,结构上：,解决工件或刀具在主轴上的定位和装夹；,主轴与轴承以及轴承与支承座孔的定位和装夹；,主轴轴承的润滑与密封以及轴承间隙的调整等问题。,工艺上：,便于制造、装配、调整和维修。,使用上：,有与机床相匹配的旋转精度、刚度、动态,和热态特性、耐磨性等要求。,金属切削机床主轴组件的特点结构上：,金属切削机床,第一节 主轴组件的基本要求,保证主轴在一定的载荷与转速下，能带动工件或刀具精确而可靠地绕其旋转中心线旋转，并能在其额定寿命期内稳定地保持这种性能,1,）,旋转精度,无载荷、手动或低速转动条件下，主轴前端安装刀具或工件的基准面的径向跳动、端面跳动,取决于主轴、轴承、箱体孔的制造精度和装配、调整精度。,金属切削机床第一节 主轴组件的基本要求 保,金属切削机床,2,）静刚度,主轴抵抗外力引起变形的能力,3,）抗振性,抵抗受迫振动和自激振动而保持平稳地运转的能力,主轴组件的静刚度；固有频率；阻尼特性。,刚度和阻尼比越大越不易产生振动。,影响因素：,金属切削机床2）静刚度主轴抵抗外力引起变形的能力3）抗振性,金属切削机床,4,）温升和热变形,主轴组件工作时，由于摩擦和搅油等而发热，产生了温升。温升使主轴组件因热膨胀而变形，称为热变形。,主轴轴承在最高转速空转、连续运转至热稳态时允许温升为：,高精度机床,8,10,精密机床和数控机床,15,20,普通机床,30,40,滚动轴承,温度不得超过,70,滑动轴承,温度不得超过60,轴承间隙和预紧力的大小；润滑方式和散热条件,金属切削机床4）温升和热变形 主轴组件工作时，由于摩擦和,金属切削机床,5,）耐磨性,长期保持原始精度的能力，即精度的保持性。,磨损后对精度有影响的部位首先是,轴承,。其次是安装夹具、刀具或工件的,定位面和锥孔,还有如钻、镗床的移动式主轴的内、外,导向表面。,金属切削机床5）耐磨性长期保持原始精度的能力，即精度的保持,金属切削机床,第二节 主轴轴承的选择和主轴的滚动轴承,滚动轴承的特点：,能在转速和载荷变化幅度很大的条件下稳定地工作；,能在无间隙，甚至预紧的条件下工作；,摩擦系数小，有利于减少发热；,润滑容易，脂或油；,由轴承厂专门生产，可以外购。,滚动体数量有限，在旋转中径向刚度变化，同时引起振动；阻尼较低；径向尺寸较大。,金属切削机床第二节 主轴轴承的选择和主轴的滚动轴承滚动轴,金属切削机床,角接触球轴承圆柱滚子轴承,推力球轴承深沟球轴承,圆锥滚子轴承滚针轴承,角接触球轴承,接触角,=,15,转速高、轴向刚度低，多用于轴向载荷小，转速较高的地方（磨床主轴）或不受轴向载荷的车、镗、铣床的主轴后轴承,金属切削机床角接触球轴承圆柱滚子轴承角接触球轴承接触角,金属切削机床,接触角,=2,5,轴向刚度高；,径向刚度和允许的转速略低；,多用于轴向载荷大的地方；,如车、镗、铣床和加工中心主轴。,把内外圈相对轴向位移，可以调整间隙，实现预紧；,多用于高速主轴；,为适应数控机床转速的提高，国外已开发了超高速角接触球轴承，采用陶瓷滚珠和减小滚珠直径。,金属切削机床接触角=25轴向刚度高；把内外圈相对轴向位,双列圆柱滚子轴承,特轻型；常用；,滚道环槽开在内圈上；滚动体、保持架、内圈为一体。,外圈可分离；,内圈锥度1,:12,。,金属切削机床,双列圆柱滚子轴承特轻型；常用；金属切削机床,金属切削机床,金属切削机床,金属切削机床,17,特 点,滚子数多（5060个），两列滚子交错排列，与其它轴承相比在大小相同时，这类轴承刚度较高、承载能力大、允许转速较高。,内圈有1,:12,的锥孔与主轴的锥形轴颈相配轴向移动，内圈胀大以消除间隙并预紧。,轴承内外圈可分离，只能承受径向载荷。,适用于载荷和刚度较高、中等转速的场合。,金属切削机床17 特 点滚子数多（5060个），两列滚,金属切削机床,18,双向推力角接触球轴承,234400,（,2268100,）,系列60双向推力角接触深沟球轴承；,特轻型234400与,NN3000K,；（3182100）系列、超轻型234900与,NNU4900BK,系列轴承配套使用，以承受双向轴向载荷。,组成：,外圈3、内圈1和6、隔套4,消除间隙和预紧：,修磨隔套4的厚度,金属切削机床18 双向推力角接触球轴承234400（226,金属切削机床,特 点,接触角大，钢球直径较小而数量较多，轴承承载能力和精度较高。,极限转速比一般推力球轴承高出1.5倍，与同孔径的双列圆柱滚子轴承,NN3000K,（3182100）型轴承相同。,适用于高转速、较大轴向力、中等以上载荷的主轴前支承处。,2024年11月16日,金属切削机床特 点 接触角大，钢球直径较小而数量较多，轴承,金属切削机床,深沟球轴承,一般不能调整间隙；,常用于精度和刚度要求不太大的地方，如钻床主轴；,轴向载荷由配套的推力轴承承受。,金属切削机床深沟球轴承一般不能调整间隙；,金属切削机床,21,圆锥滚子轴承,能承受径向和轴向载荷，承载能力和刚度较高；,滚子大端与内圈挡边之间是滑动摩擦，发热较 多，允许的转速较低。,金属切削机床21 圆锥滚子轴承 能承受径向和,22,双列圆锥滚子轴承,轴承组成：外圈,2、两个内圈1和4、隔套3；,调整间隙或预紧：修磨隔套3的厚度；,外圈轴肩，一端抵住箱体或主轴套筒的端面，另一端用法兰压紧，实现轴向定位。因此，箱体孔可做成通孔，便于加工。,金属切削机床,22 双列圆锥滚子轴承轴承组成：外圈2、两个内圈1和4、隔套,金属切削机床,它既可以承受径向载荷，又可以承受双向轴向载荷。,滚锥数量多，承载能力和刚度大，轴承制造精度高。,适用于中低速、中等以上载荷的机床主轴的前支承处。,注意润滑和冷却条件。,金属切削机床它既可以承受径向载荷，又可以承受双向轴向载荷。,金属切削机床,主轴滚动轴承的精度,SP,级和,UP,级作为补充；,旋转精度,，相当于,P4,级和,P2,级；,(,高,),内外圈的,尺寸精度,，则相当于,P5,级和,P4,级,(,低,),轴承的工作精度主要决定于旋转精度,“成套轴承的内圈径向跳动,”,K,ia,“成套轴承的外圈径向跳动,”,K,ea,“轴圈滚道对底面的变动量”,S,i,金属切削机床主轴滚动轴承的精度 SP级和UP级作为补,金属切削机床,表,10-3,金属切削机床表10-3,金属切削机床,转速,以,d,m,n,值（,mmr/min,）作为衡量转速性能的指标的。,d,m,（,mm,）是内、外径平均值；,n,是转速（,r/min,）,决定轴承寿命的是疲劳点蚀和磨损降低精度。,寿命,一般机床，由于主轴较粗，载荷相对来说不大，往往以磨损后精度下降作为失效的依据的。,“精度寿命”,金属切削机床转速 以dmn值（mmr/min）作,金属切削机床,刚度,球轴承,滚子轴承,(10-4),(10-5),(10-6),(10-7),金属切削机床刚度球轴承滚子轴承(10-4)(10-5)(1,金属切削机床,滚子轴承，刚度与载荷的,0.1,次幂成正比，载荷对刚度的影响不大。因此，计算时可不考虑预紧。,球轴承，刚度与载荷的,1/3,次幂成正比，预紧力对刚度的影响明显，计算时应考虑预紧力。,金属切削机床 滚子轴承，刚度与载荷的0.1次幂成正比,金属切削机床,第三节 主 轴,主轴的结构,主轴材料与热处理方法,主轴技术要求,金属切削机床第三节 主 轴主轴的结构,金属切削机床,为了便于装配和满足轴承、传动件等轴向定位的需要，主轴一般是,阶梯形的轴,。,有些主轴是空心的，如车床、铣床、加工中心等的主轴。中孔用以通过棒料等。,d/D,0.7,时，惯性矩下降约,24,。为了不致使主轴的刚度受太大的影响，孔径不宜超过外径的,70,。,主轴的结构,金属切削机床 为了便于装配和满足轴承、传动件,金属切削机床,一般机床主轴：常用45钢，调质到220250,HBS,，,主轴端部锥孔、定心轴颈或定心圆锥面等部位局部淬硬至,HRC50,55,。,滚动轴承轴颈可不淬硬，但是不少主轴为了防止敲碰损伤轴颈的配合表面，轴颈处仍然进行淬硬；,滑动轴承轴颈处需高频淬硬，保证耐磨性。,若为重负荷，为提高抗疲劳性能，可选40,Cr,主轴材料与热处理方法,金属切削机床 一般机床主轴：常用45钢，调质到22,金属切削机床,精密机床主轴，要求在长期使用中因内应力引起的变形要小，故应选用在热处理后残余应力小的材料,如40,Cr,或,20Cr,、,16MnCr5,、,12CrNi2A,等渗碳淬硬,滑动轴承上的高精度磨床的主轴、镗床和坐标镗床主轴，要求有很高的耐磨性，可选用38,CrMoAlA,，进行氮化处理，使表面硬度达到,HV1100,1200,（,相当于,HRC69,72,）,金属切削机床 精密机床主轴，要求在长期使用中,金属切削机床,主轴的技术要求,金属切削机床主轴的技术要求,金属切削机床,主轴组件,中等转速，较高刚度,金属切削机床主轴组件中等转速，较高刚度,金属切削机床,转速较高，刚度略低,金属切削机床转速较高，刚度略低,金属切削机床,磨床类主轴：特点高转速,金属切削机床磨床类主轴：特点高转速,滚动轴承的预紧,37,滚动轴承的预紧37,主轴组件的传动,1,、传动方式（传动件：齿轮和带）,齿轮,v1215m/s,斜齿轮稳定性好,少用滑移齿轮，活装零件，多用圆锥配合,带传动,(V,：,v30m/s,丝带,v35m/s),2,、主轴传动件的布置,传动齿轮位于前后轴承之间（图,109,），靠前轴承，减少主轴弯曲变形。,传动齿轮位于后轴承后（图,108,、,1010,）,主轴装多个齿轮时，大齿轮靠近前轴承，承载力大。,传动件是皮带时，皮带靠后。,主轴组件的传动,金属切削机床,动态特性,两端支承简化为两个弹簧。三个振型：,（,1,）,平移,主轴作为一个刚体在弹性支承上作平移振动，如图,b,所示。主轴各点振动方向一致。,（,2,）,摇摆,主轴作为刚体在弹性支座上摇摆。左右振动方向相反。振动线与轴心线交点,P,称为节点。,（,3,）,弯曲,主轴作弯曲振动。主轴中间与两端的振动方向相反。共有两个节点,P1,、,P2,。这两个节点离支承点不远。,金属切削机床动态特性两端支承简化为两个弹簧。三个振型：,金属切削机床,金属切削机床,金属切削机床,（,1,）使主轴组件的固有频率避