机床主轴及在轴承行业的应用
洛阳轴研科技股份有限公司陈长江
一、轴研科技电主轴技术发展简介
洛阳轴研科技关于电主轴的研究始于1958 年成立的洛阳轴承研究所308 科研组，为了满足微型轴承内圈的磨削加工要求，必须不断提高砂轮主轴的最高转速和动态精度，在此背景下，1958 年9 月，洛阳轴承研究所在国内率先研制成功转速为30,000 ~ 60,000r/min 高速磨用电主轴，并装机应用于微型轴承套圈的磨削加工机床，取得了良好的经济和社会效益。此后在上世纪60、70、90 以此为蓝本，结合大量的工程实践经验，先后开发出了DZ、GDZ、2GDZ系列电主轴
产品，为我国轴承行业装备的技术进步做出了贡献。
根据公司的主营业务、优势技术领域和发展目标，结合市场需求和行业发展
需要，紧紧围绕国家、省市级科技计划项目大力开展技术创新和核心技术攻关，在机床轴承及电主轴项目领域，取得了实质性突破和跨越式发展，承担完成的国家“九五”重大科技攻关项目“内装式电主轴单元的工程化研究”，在“十五”期间承担完成了“十五”科技攻关项目“高速主轴单元的开发与应用”，研制出了具有世界先进水平的数控机床主轴单元，使我公司始终保持了在国内的电主轴技术领先地位，解决制约数控机床国产化进程的瓶颈，提升国产数控机床行业竞争力，形成“生产一代、开发一代、储备一代”的技术创新体系。同时以承担国家“九五”、“十五”科技重大攻关项目为契机，开始致力于在数控机床电主轴领
域的探索和创新，先后研发了XD（J）系列加工中心及数控铣电主轴、CD系列
车
床电主轴、ED 系列高速离心机电主轴、LD 系列旋碾电主轴等产品，产品种类从
最初的单一磨用电主轴拓展到现在拥有8个大类，近400余个品种，功率范围从0.1-150kW，转速范围从100-150000r/min。将服务的行业从轴承行业拓展到数
控机床、生物制药、内螺纹铜管加工、雕刻机、特种试验等几乎全部需要高速电机的场合。2002 年，作为滚动轴承电主轴的生产实体，洛阳轴研科技股份有限公司主轴开发部参加中国机床工具工业协会主轴功能部件委员会并于2007 年当
选为副主任委员单位，同年被河南省科技厅认定为河南省机床主轴工程技术研究中心。2008 年作为牵头单位完成了2 项数控机床国家标准的制定，并被正式颁布实施。
为了更好的促进科技成果产业化，洛阳轴研科技2003 年开始启动位于洛阳
国家高新区的第一产业园的建设，以特种精密轴承、高速机床主轴单元、轴承仪器与装备三大主导产品领域为发展方向，加快高新技术产业化步伐，目前已建成配套设施完善的近10000余平米的主轴产业园，拥有百余台用于精密机械加工的车、磨、钻、铣、加工中心等机床，拥有专用精密量具、量仪百余套，拥有真空浸漆、动平衡机等关键设备，具备完整的产业化能力。2009 年度公司抓住产业振兴机遇，申报并获批中央预算投资项目“大型数控机床电主轴及精密轴承产业化技术改造项目”，计划投资22116 万元，新增大型数控机床电主轴制造及办公
区16400平方米，购置大型精密数控工艺技术装备及相应的检测仪器100台，在精密电主轴制造、装配等产业化领域达到国际先进水平。
二、电主轴的基本结构和工作原理
电主轴即以内装主轴电机为动力源，以变频器或驱动控制器为驱动源，以各
种刀具和连接机构为输出端的集高效、高精、高速、高可靠性为一体的机电一体化产品，具有低噪音、低振动、结构紧凑等特点。主要结构包括：内装电机、支承机构、润滑机构、冷却机构、刀具接口、松拉刀机构、盖体、壳体等。其工作原理是将变频器或驱动控制器传输的电能转化为轴端输出的机械能，带动各种刀具或机构进行高速高效的切削加工以及旋转运动。
2.1 电主轴润滑及冷却方式
高速电主轴的润滑方式可分为以下四类。
2.1.1 油脂润滑
速度因数dmn值不甚高的电主轴可选用油脂润滑。由于油脂型电主轴是一次性装脂供使用的，因此其使用寿命有限，通常在满速运行状态下两班倒可用三个月。油脂建议使用KLUBER公司的FIEX NBU－15型高速润滑脂。填充量约为轴承
空隙的1/6。在填充油脂时，应注意周边环境的清洁度和成组轴承的排列次序。油脂润滑型电主轴在高速旋转时无气流阻隔主轴前端冷却水的侵入，因此要加装气密封。
2.1.2 油雾润滑
速度因数dmn值较高的电主轴应选用油雾润滑。油雾润滑是指主轴润滑油经由压缩空气从油杯中压出,在输油管内形成微雾随压缩空气一起喷入轴承工作
区，使主轴轴承得到充分润滑和冷却。油雾润滑型电主轴连续不间断润滑，因此在满速运行状态下，两班倒可使用5-6个月。油品建议使用7＃主轴油或32＃汽轮机油，油雾器可选用二次雾化器，进气压力控制在0.3Mpa左右，用油量为80-90
滴/分钟。油雾润滑型电主轴油雾废气无法集中排除，因此对环境有所污染，非全封闭设备，无环境保护措施的工场，应谨慎使用。
2.1.3 喷油润滑
压力润滑油通过密封的润滑管道进入轴承工作区域使之得以充分润滑的电
主轴称之为喷油润滑型电主轴。由于这种形式的电主轴轴承能承受长久性的持续不断的润滑，其轴承润滑效果极佳，因此能获得很高的转速因数，高速性好。但这种电主轴必须依靠一套完整的密闭的供油系统来维持工作，故不宜用于
常规生产实践中。在国防军工试验机中时有所见。
2.1.4 油气润滑
使用油气润滑系统的电主轴称之为油气润滑型电主轴。油气润滑型电主轴选
用多路、大气量、少油润滑系统，其润滑油是应用微机控制定量泵定时定量供给的。由于油气润滑型电主轴的润滑油是定时定量供给的因此可大大减少电主轴高速旋转时的耗油。主轴轴承搅油发热程度大幅度降低，主轴的dmn值得以进一步
提升。一般来说，同型号轴承采用油气润滑可比油雾润滑速度提升15％到20％, 属各类电主轴中可达转速最高的电主轴。由于油气润滑型电主轴用气量大，用油量少，故可以有效地减轻或避免对环境的污染。采用油气润滑的主要技术参数为：气源进气压力：0.35MPa-0.4MPa，油黏度为20-50mm3/s，电源电压为220V
（单
相）功率为60W，油杯容量为2-4L，定量泵每动作一次为0.2-1.0mL，定量元件0.025mL/次。
2.2 电主轴的冷却方式
为了满足高精度的加工以及提高电主轴电机的可靠性，电主轴电机通常需要
考虑冷却结构。其冷却方式主要分为强制冷却和自然冷却两类；强制冷却有液冷、气冷两种方式；液冷有水冷和油冷两种形式，同样条件下水冷的效果要好于油冷，但水冷对于冷却结构的密封和防锈要求要高于油冷。气冷主要是吹风和通冷气两种，前者较常见于木工雕刻电主轴，后者多用于特殊工况下的电主轴，一般认为通冷气对电主轴进行冷却接近于水冷的效果。而自然冷却就是通过电主轴壳体与外界进行热交换，其功率密度较采用强制冷却的电主轴要小的多，故而这种类型的电主轴所占比例很少。
2.3 电主轴的支承方式
2.3.1 角接触球轴承支承
以角接触球轴承为支承的电主轴高速性能好，精度高，结构简单，既能承受
较大的径向负荷，又能承受相当的轴向负荷，是主轴行业中量大面广的支承方式。根据轴承配置组合的不同，这类电主轴又可分为两种方式。
2.3.1.1 双联配置
电主轴轴承双联配置可分为串联式（DT）组合和背对背（DB）、面对面（DF）组合。串联式（DT）组合，两套轴承相同，同向排列。既能承受径向负荷，又能
承受一个方向较大的轴向负载F。按A型排列的电主轴能承受较大的轴向推力F，
按B型排列的电主轴，能承受较大的拉力F’，此时轴承承受的总负荷F（F’）均
分在组合的每套轴承上。即每套轴承的负荷量f＝1/2 F（F’）。
并联（DB、DF）式组合，两套轴承对称排列。其中DB 为背对背排列，能承受径向负荷，能同时承受两个方向的轴向负荷，能承受较高的倾覆力矩。DF 为面对面组合，能承受径向负荷，同时承受两个方向的轴向负荷，其承受倾覆力矩能力较差，但有微量调心功能。
2.3.1.2 多联配置
为获得更高的乘载能力及刚度，角接触轴承可分为三联、四联和五联等多联
配置。其中常用三联和四联轴承。TT 配置的轴承能承受较大的轴向推力，TT 配置的电主轴通常用在高速旋碾内螺纹铜管上。TBT配置的轴承能承受较大的轴向推力，同时能承受一定的轴向拉力，这种配置适用于高速加工中心用电主轴。QBC
配置的轴承能承受较大的双向轴推拉力，这种配置适用于大型加工中心用电主轴。角接触球轴承精度高，高速性好，一般都用在主轴轴系的前端。
2.3.2 以双列短圆柱轴承为支承的电主轴
线接触的双列短圆柱轴承承载能力和轴承刚度都明显高于点接触的角接触
球轴承，但其允许的转速要相应低一些，精度也相应要低一些。此类轴承能承受较大的径向负荷但不能承受轴向负荷，因此，只能与角接触球轴承组合使用，不能单独使用在电主轴中。它往往被装在主轴尾端，利用其内外圈可分离特性来消解电主轴热伸长之影响。
2.3.3 以圆锥滚子轴承为支承的电主轴
数控车床机械主轴单元的轴承布置结构 常用的数控车床机械主轴单元通常按照其机床的加工性能，对主轴的结构有不同的要求，通常会按照机床的刚度指标分成三大类。 一、高速轻载型该主轴的配置是以车削有色金属为主或轻切的机床上，轴承结构为前三后二的角接触轴承组合结构，由于具有很强的高速性，配合CBN或其它硬质合金刀具，可以获得较高的工件粗糙度及真圆度。这个类型的主轴在华南地区的机床制造领域是非常普遍的，几乎配置了98%以上的数控车床。HEAVY CUT公司批量制造的该款主轴其内部结构如图1所示。 图1 为了满足主轴的高速性，在这款主轴的轴承结构中，其预紧载荷大部分采取轻预紧或特轻预紧的方式对轴承进行配对。值得提出的是，国产轴承的配对预紧标准相对进口品牌产品而言，其预紧量高出进口产品的几倍、十倍、甚至几十倍，这与一个国家的行业执行标准有关，也是我国高速轴承在主轴行业的应用表现不及进口产品的主要原因。当然，从一定角度来讲，国产轴
承的配对后相对轴向刚度优于进口轴承，但在高速特性应用方面却损失了极大的市场。 通常在轴承的接触角度选择上，可以适当的通过加大接触角而增加主轴承的轴向刚度系数。目前最常用的接触角度为15。、25。及进口产品的18。角。接触角度值越大，其轴向刚度值越大。相反，接触角越大，其高速性指标越低，其额定载荷指标也越低。 标准型的角接触球轴承，在实际运用中，按轴承的内径计算已经达到了20～25m/s的工作线数度。HEAVY CUT公司技术部门做过一项实验，在预载 力同等的条件下，国产轴承也能够胜任这项工作指标。同一规格的产品，钢球直径越小，其速度指标也越高。 二、中高速重载型重载系列的车床主轴单元，在我国及世界车床的 发展史上也是刚兴起不久的一种结构，主要从追求主轴的速度上作出的改进，将原来的平面轴承改成了一套角接触轴承，从而提高了车床的转速。其前后都采用了圆锥孔双列短圆柱滚子轴承，中间配置一对角接触球轴承。结构参见图2。日本马扎克通常都采用了这种结构，值得提出的是，角接触轴承的 角度最好在25度以上，以满足径向和轴向刚度的平衡。但是，圆锥孔双列 短圆柱滚子轴承的游隙调整比较困难，它直接影响主轴的回转精度，在游隙控制在2～3微米时，主轴可以获得1微米以内的回转精度。目前为止我国 还没有专门用于检测调整游隙用的专用包络量具，这不能不说是中国轴承行业的耻辱。除此之外，与轴承锥度的接触面要求也非常高，对轴的中空比有一定的限制等工艺上特殊要求，也阻碍着这款主轴结构的发展。由于该款轴承特别适合于重切削高精度机床，所以日本及欧美也对中国的销售加以限制，目前市面上能够采购到的最高级别也只有FAG的SP级产品，进口高端机床
机床主轴轴承正确安装 方法 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998
机床主轴轴承正确安装方法 主轴轴承是精密机床及类似设备的主轴轴承，它对保证精密机床的工作精度和使用性能有着重要的意义。 很多用户都对机床主轴轴承的安装存在烦恼，针对这一问题，今天众悦小编就到大家认识一下机床主轴轴承安装方法： a、压入配合 高速机床主轴轴承内圈与轴使紧配合，外圈与轴承座孔是较松配合时，可用压力机将轴承先压装在轴上，然后将轴连同轴承一起装入轴承座孔内，压装时在轴承内圈端面上，垫一软金属材料做的装配套管（铜或软钢），装配套管的内径应比轴颈直径略大，外径直径应比轴承内圈挡边略小，以免压在保持架上。 轴承外圈与轴承座孔紧配合，内圈与轴为较松配合时，可将轴承先压入轴承座孔内，这时装配套管的外径应略小于座孔的直径。如果轴承套圈与轴及座孔都是紧配合时，安装室内圈和外圈要同时压入轴和座孔，装配套管的结构应能同时押紧轴承内圈和外圈的端面。 b、加热配合 通过加热轴承或轴承座，利用热膨胀将紧配合转变为松配合的安装方法。是一种常用和省力的安装方法。此法适于过盈量较大的高速机床主轴轴承的安装，热装前把轴承或可分离型
轴承的套圈放入油箱中均匀加热80-100℃，然后从油中取出尽快装到轴上，为防止冷却后内圈端面和轴肩贴合不紧，轴承冷却后可以再进行轴向紧固。 轴承外圈与轻金属制的轴承座紧配合时，采用加热轴承座的热装方法，可以避免配合面受到擦伤。用油箱加热轴承时，在距箱底一定距离处应有一网栅，或者用钩子吊着轴承，高速机床主轴轴承不能放到箱底上，以防沉杂质进入轴承内或不均匀的加热，油箱中必须有温度计，严格控制油温不得超过100℃，以防止发生回火效应，使套圈的硬度降低。 此外，在安装过程中也要注意： （1）保持高速机床主轴轴承及其周转清洁即使是眼睛看不到的小尘埃，也会给轴承带来坏影响。所以，要保持周围清洁，使尘埃不致侵入轴承。 （2）小心谨慎地使用在使用中给与轴承强烈冲击，会产生伤痕及压痕，成为事故的原因。严重的情况下，会裂缝、断裂，所以必须注意。 （3）使用恰当的操作工具避免以现有的工轴承具代替，必须使用恰当的工具。我们经常强调工具的重要性，是因为有太多的客户在安装中使用了错误的工具造成了轴承的损伤。要注意轴承的锈蚀。 （4）操作高速机床主轴轴承时，手上的汗会成为生锈的原因。要注意用干净的手操作，最好尽量带手套。
机床主轴轴承正确安装方法 主轴轴承是精密机床及类似设备的主轴轴承，它对保证精密机床的工作精度和使用性能有着重要的意义。 很多用户都对机床主轴轴承的安装存在烦恼，针对这一问题，今天众悦小编就到大家认识一下机床主轴轴承安装方法： a、压入配合 高速机床主轴轴承内圈与轴使紧配合，外圈与轴承座孔是较松配合时，可用压力机将轴承先压装在轴上，然后将轴连同轴承一起装入轴承座孔内，压装时在轴承内圈端面上，垫一软金属材料做的装配套管（铜或软钢），装配套管的内径应比轴颈直径略大，外径直径应比轴承内圈挡边略小，以免压在保持架上。 轴承外圈与轴承座孔紧配合，内圈与轴为较松配合时，可将轴承先压入轴承座孔内，这时装配套管的外径应略小于座孔的直径。如果轴承套圈与轴及座孔都是紧配合时，安装室内圈和外圈要同时压入轴和座孔，装配套管的结构应能同时押紧轴承内圈和外圈的端面。 b、加热配合 通过加热轴承或轴承座，利用热膨胀将紧配合转变为松配合的安装方法。是一种常用和省力的安装方法。此法适于过盈量较大的高速机床主轴轴承的安装，热装前把轴承或可分离型轴承的套圈放入油箱中均匀加热80-100℃，然后从油中取出尽快装到轴上，为防止冷却后内圈端面和轴肩贴合不紧，轴承冷却后可以
再进行轴向紧固。 轴承外圈与轻金属制的轴承座紧配合时，采用加热轴承座的热装方法，可以避免配合面受到擦伤。用油箱加热轴承时，在距箱底一定距离处应有一网栅，或者用钩子吊着轴承，高速机床主轴轴承不能放到箱底上，以防沉杂质进入轴承内或不均匀的加热，油箱中必须有温度计，严格控制油温不得超过100℃，以防止发生回火效应，使套圈的硬度降低。 此外，在安装过程中也要注意： （1）保持高速机床主轴轴承及其周转清洁即使是眼睛看不到的小尘埃，也会给轴承带来坏影响。所以，要保持周围清洁，使尘埃不致侵入轴承。 （2）小心谨慎地使用在使用中给与轴承强烈冲击，会产生伤痕及压痕，成为事故的原因。严重的情况下，会裂缝、断裂，所以必须注意。 （3）使用恰当的操作工具避免以现有的工轴承具代替，必须使用恰当的工具。我们经常强调工具的重要性，是因为有太多的客户在安装中使用了错误的工具造成了轴承的损伤。要注意轴承的锈蚀。 （4）操作高速机床主轴轴承时，手上的汗会成为生锈的原因。要注意用干净的手操作，最好尽量带手套。
1例： FAG高精系列主要以下几种： （1）双向推力角接触球轴承（主要用于支承机床精密主轴）接触角为60度，公差等级（精度）为SP级（特别精密级），一般选用FAG.L74V油脂。有2344XX 2347XX系列：如：2344 09.M.SP.CM/ CM表示机加工黄铜保持架。 （2）单列角接触球轴承（单列角接触中的通用结构常常成对使用），主要有：X型（面对面），D型（背对背），T型（串联）三种形式，其中较其它品牌特别的是：配置间隙的特别，有UO型与UA型。UA：X和O型布置中轴向游隙减小。UO：X和O型布置中轴向游隙为零。一般使用普通级，特别要求也可提供P5级，有铜保及玻璃纤维两种保持架。如：https://www.doczj.com/doc/c97128036.html,P UO https://www.doczj.com/doc/c97128036.html,P UA （3）单向推力角接触球系列。此为精密轴承。主要用于机床上的滚珠丝杆螺母组件。用于高速场合，接触角60度，一般选用FSG.L135V润滑脂，模压窗式玻璃标准保持架（TVP表示），单个及成对都可使用。有76020XX及76030XX系列如：https://www.doczj.com/doc/c97128036.html,P （4）主轴轴承,是一种特别设计的单列角接触球轴承，主要应用范围是要求导向精度高和转速高的机床主轴。有B70XX，B719XX，B72XX 后缀一般为CTP4 SUL或ETP4 SUL，其中C代表接触角15度，E代表25度，T代表树脂保持架，P4代表精度，UL代表自由组合。该系列中还有特别的，HSS70系列与HSS719型高速轴承及HCS70，HCS719型陶瓷混合轴承，该系列定货时，请具体咨询适用油脂为FAGL74V。 （5）用于机床主轴径向支承的圆柱滚子轴承，主要有：NN30XX系列及NNU49XX系列。如：NN3028ASK MSP A：内部结构改良，S：带油槽油孔，K：1/12锥度，M：铜保持架，SP精度为SP级，间隙为CINA非互换间隙。 例：FAG主轴轴承系列： B71900CTP4SUL-----B71948CTP4SUL B71900ETP4SUL-----B71948ETP4SUL B7000CTP4SUL------B7048CTP4SUL B7000ETP4SUL------B7048ETP4SUL B7200CTP4SUL------B7244CTP4SUL B7200ETP4SUL------B7244ETP4SUL NN3006ASKMSP---NN3096ASKMSP 7602012TVP------7602095TVP 7603020TVP------7603095TVP 234406MSP------234480MSP 234706MSP------234780MSP998-10-25 第三节主轴滚动轴承及其配置型式 常用轴承 滚动轴承 滑动轴承 滚动轴承优点 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,甚至在预紧的条件下工作; 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. 滚动轴承缺点 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 主轴轴承的选用对主轴组件的工作性能有很大的影响.
机床主轴轴承分类和性能比较 来源：对钩网 主轴轴承是数控机床主轴内一个重要的零部件，在主轴传动过程中，可以起到支撑机械体旋转和减小摩擦的作用。轴承由于其类型、结构、配置和精度的不同，以及安装、调整程度的好坏，将对主轴部件的工作性能起到直接的影响。从功能和结构上，主轴轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两大类。 滚动轴承 滚动轴承是一种用于转变摩擦类型的精密机械元件，它可以使运转的轴颈与轴承内壁间的滑动摩擦转变为滚动摩擦，从而大大减少摩擦阻力，降低能量损失。滚动轴承包括角接触球轴承、双列圆柱滚子轴承、双向推力角接触球轴承、深沟球轴承和圆锥滚子轴承五类。 主轴轴承一般要求越轻越好，滚动轴承也不例外。轴承越轻，滚动体的直径就越小，数量也越多，刚性就会越大。常采用轻系列、特轻系列和超轻系列，其中以特轻系列为主。 机床主轴的定位形式一般有两支承和三支承两种。两支承主轴轴承在配置时，首先要满足需求的刚度和承载能力。由于前支承刚度对决定整个主轴刚度发挥的作用更为关键，所以这个位置一般要配置刚度情况更理想的轴承。其次要适应滚动轴承的转速要求。每款轴承都有其最高转速限制。不同型号、不同规格、不同精度等级的滚动轴承，最高转速设定也截然不同，一般来讲，点接触高于线接触，圆柱滚子高于圆锥滚子。最后，还要适应滚动轴承的精度要求，其配置方式直接影响着主轴的位置精度。 某些机床由于其设计需要，致使主轴箱长度较大，两支承已经不能维持稳定结构，必须增设一个中间支承来满足刚度和抗震性要求，于是就构成了三支承主轴部件。通常，三支承中只有两个起到了比较主要的作用，而其中必须包括前支承。第三个支承仅起辅助作用，这个支承通常来说，刚度和承载能力比较小，且外圈与支承座连接较松，留有一定空隙，以解决三个支承不同轴的问题。 滑动轴承 滑动轴承是在滑动摩擦力作用下工作的轴承。由于轴颈和轴承内壁间存在间隙，润滑油可以将二者完全分隔开来，而使它们不发生直接接触。这类轴承工作平稳、可靠、无噪声。不仅可以大大降低摩擦阻力和部件表面磨损，而且其油膜还具有一定的吸振能力，增强了抗振性。 滑动轴承依据其产生油膜的压强方式区别，可以分为液体动压轴承和液体静压轴承。液体动压轴承随着主轴转速的提高，充入摩擦面之间缝隙内的润滑油量也逐渐增多，使轴颈和轴承分离，以降低摩擦阻力。 液体静压滑动轴承是在轴承内圆柱面上开有几个等距的油腔，各油腔之间还开有回油槽。工作时，润滑油流入各油腔，将轴颈推向中央，从而减小了与轴承内壁的摩擦。 滚动、动压、静压三种轴承性能比较 滚动轴承旋转精度一般或者较好，在无间隙或预紧下工作时可能很高。刚度一般或较好，仅与轴承型号有关，承载能力也是如此。抗振性表现欠佳，低、中速性能较好，高速时受疲劳强度、离心力、温升等因素限制。摩擦损耗较小，噪音较大，寿命受疲劳强度限制。生产、使用和维修相对简单，已具备标准化和系
车床主轴间隙的调整 车床在长时间的使用中，往往会发生磨损、变形，造成车床本身误差的增大，或各种间隙的变化，直接影响车床的加工精度，甚至还会关系到生产率和操作安全。例如，当车床主轴箱摩擦离合器没有正确地调整时，会直接影响到车床有效功率的充分发挥。又如，当转动器没有很好地调整时，则主轴至停车后还会转动，会影响到操作安全。车床的调整可分为车床间隙的调整、动力传递机构的调整以及其他部分的调整三种，下面以应用较普遍的C620型、C620-1型车床为主，叙述这三种调整的方法。 主轴是车床上最重要的一个部分，在车削时，它承受着很大的负荷。因此，当用以支承主轴的前、后轴承未进行正确调整时，在加工中就会产生各种缺陷。例如，主轴轴承间隙过大，主轴在车削时就会产生轴向窜动及径向跳动现象，而降低工件加工质量；反之，如主轴轴承间隙过小，主轴就会在高速回转情况下因发热过高而损坏。所以，在出现这些不正常的现象时，必须及时调整主轴轴承的间隙。主轴轴承间隙的调整要求，主要是使主轴在车削中，不致产生振动和过热等现象。下面分别叙述主轴轴承的径向间隙和轴向间隙的调整方法(分滚动轴承和滑动轴承两种情况)。 1．主轴轴承径向间隙的调整 车削时，主轴产生径向跳动的主要原因是主轴前轴承的径向间隙过大，因此在调整主轴轴承的径向间隙时，主要是调整前轴承的间隙。 当主轴前轴承采用滚动轴承时，如C620-1型车床，调整方法如下：松开前螺母的支紧螺钉，向右适量转动前螺母，使带有锥度的滚动轴承内环沿轴向移动，然后进行试转，如果主轴在最高转速下不发生过热现象，同时用手转动主轴时，无阻滞感觉，则可将支紧螺钉拧紧。 当主轴前轴承采用滑动轴承时，如C620型车床，调整方法如下：松开顶紧螺钉，适量转动在固定环内的前螺母，使双层金属轴承作轴向移动，将主轴与轴承的间隙保持在0.02～0.03mm左右，然后按上述方法试转、检查，如果运转正常，则将顶紧螺钉拧紧。 经过调整以后，用百分表测量主轴定心轴径的径向跳动，使其控制在0.006～0.01mm 之内，如还有超差现象，则再调整主轴后轴承的间隙和主轴前轴承的间隙。 2．主轴轴承轴向间隙的调整 在车床进行切削工作时时，主轴产生轴向窜动的主要原因是后轴承的间隙过大，因此在调整主轴的轴向间隙时，主要是调整主轴后轴承的间隙。 其调整方法如下：松开后螺母的支紧螺钉，向右适量转动后螺母，使带有锥度的滚动轴承内圈沿轴向移动，并减小主轴肩后台、止推垫圈、推力球轴承及后轴承座之间的间隙，然后进行试车检查，如果运转正常，则可将支紧螺钉拧紧。 经过调整以后，测量主轴的轴向窜动及轴向游隙(即主轴在正、反转瞬时的游动间隙)，
机床主轴轴承的安装方法、步骤及润滑方式详解机床主轴轴承是精密机床及类似设备的主轴轴承，它对保证精密机床的工作精度和使用性能。主轴轴承的正确配置是指轴承类型的组合和前后轴承的布置，不同的配置就决定了机床主轴不同的负荷能力、运转速度、刚度、温升和使用寿命，尤其是对刚度和温升的影响更为显著，所以应根据机床工作特性的要求合理地配置主轴轴承。从功能和结构上，主轴轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两大类。 跑合运转的目的是为了使轴承在正式使角前,使其滚子与滚道通过跑合,能具有良好的接触条件，以保持轴承有良好的接触精度，并避免轴承一开始在高速和重载使用时引起滚子与滚道的损坏，从而提高了轴承的寿命和精度'由于圆锥滚子轴承并不是完全的滚动接触，在滚子端面与内环的台肩之间存在着滑动，如果接触条件不好，很易出现咬合损坏的现象，故对这类轴承更应重视跑合运转。 机械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。在机器中主要用来支撑传动零件如齿轮、带轮，传递运动及扭矩，如机床主轴；有的用来装夹工件，如心轴。除了刨床、拉床等主运动为直线运动的机床外，大多数机床都有主轴部件。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重要因素。
主轴轴承类型的性能比较 主轴轴承是数控机床主轴内一个重要的零部件，在主轴传动过程中，可以起到支撑机械体旋转和减小摩擦的作用。轴承由于其类型、结构、配置和精度的不同，以及安装、调整程度的好坏，将对主轴部件的工作性能起到直接的影响。从功能和结构上，主轴轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两大类，滑动轴承依据其产生油膜的压强方式区别，可以分为液体动压轴承和液体静压轴承。 滚动轴承旋转精度一般或者较好，在无间隙或预紧下工作时可能很高。刚度一般或较好，仅与轴承型号有关，承载能力也是如此。抗振性表现欠佳，低、中速性能较好，高速时受疲劳强度、离心力、温升等因素限制。摩擦损耗较小，噪音较大，寿命受疲劳强度限制。生产、使用和维修相对简单，已具备标准化和系列化，可以低成本批量生产。
关于重型车床主轴轴承选配的计算： 重型卧式车床是利用高速钢或硬质合金刀具，对铸铁件、钢件及有色金属件的轴类和盘类回转体进行加工，完成外圆柱面、锥面、内孔、端面、切槽等机加工序，满足零件的粗、精车削加工。 经查重型卧式车床的有关资料可知： 1、青岛北方星火通用机床有限公司生产的CG61200重型卧式车床床身上最大工件回转直 径φ2100mm，顶尖间最大工件重量40t，最大工件长度8000mm，花盘最大扭矩80KN.m，车削刀架切削力40KN，主轴前轴承支承直径φ300mm，主轴前后轴承采用高精度（SP 级）双列滚柱轴承，和高精度推力轴承，使床头箱与尾座的主轴径向、轴向刚性好、回转精度高且调整、维修方便。 2、齐重生产的HT250X100/80-NC重型卧式车床R的主轴为穿轴式结构，采用高精度可 调径向间隙的双列短圆柱滚子轴承，经优化设计采用较大的主轴直径及最佳支承跨距，提高了主轴的回转精度和动、静刚度。主轴上的顶尖采用短锥柄法兰式结构，提高了项尖与主轴的连接刚度。 DLA090型数控重型卧式车床是武汉重型机床厂在原联邦德国世界著名机床公司—SCHIESS-FRORIEP的技术的基础上新研制开发的数控重型卧式车床，最大加工直径为φ1500mm，最大承载重量达80t主轴箱结构主轴箱为整体式结构，主轴系统和主传动系统分隔在箱体的两个腔内，便于控制主轴的温升和液压系统的回油。主轴系统的结构如图1所示。主轴前后支承的轴承，径向为静压轴承，轴向为高精度推力滚柱轴承，其中，两个静压轴承均为对称布置四油腔结构，具有良好的对中性，可保证主轴在外载荷增大且方向变化时，仍然能保持很高的回转精度；轴向力则由推力滚柱轴承来承受。这样，主轴组件的精度高、刚度好、承载能力大，结构布置合理。 广州伟仕达机床有限公司生产的C61125 卧式重型车床属于重型车床，最大承重12吨，采用宽1100mm的矩形导轨，稳定性好，刚性好，床身导轨面进行中频淬火磨削加工，主轴采用优质精密滚动轴承组合，三支撑结构
数控车床主轴设计
绪论 随着市场上产品更新换代的加快和对零件精度提出更高的要求，传统机床已不能满足要求。数控机床由于众多的优点已成为现代机床发展的主流方向。它的发展代表了一个国家设计、制造的水平，在国内外都受到高度重视。 现代数控机床是信息集成和系统自动化的基础设备，它集高效率、高精度、高柔性于一身，具有加工精度高、生产效率高、自动化程度高、对加工对象的适应强等优点。实现加工机床及生产过程的数控化，已经成为当今制造业的发展方向。可以说，机械制造竞争的实质就是数控技术的竞争。 本课题的目的和意义在于通过设计中运用所学的基础课、技术基础课和专业课的理论知识，生产实习和实验等实践知识，达到巩固、加深和扩大所学知识的目的。通过设计分析比较机床的某些典型机构，进行选择和改进，学习构造设计，进行设计、计算和编写技术文件，达到学习设计步骤和方法的目的。通过设计学习查阅有关设计手册、设计标准和资料，达到积累设计知识和提高设计能力的目的。通过设计获得设计工作的基本技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造一定的条件。
一、设计题目及参数 1.1 题目 本设计的题目是数控车床的主轴组件的设计。它主要由主轴箱，主轴，电动机，主轴脉冲发生器等组成。我主要设计的是主轴部分。 主轴是加工中心的关键部位，其结构优劣对加工中心的性能有很大的影响，因此，在设计的过程中要多加注意。主轴前后的受力不同，故要选用不同的轴承。 1.2参数 床身回转空间400mm 尾架顶尖与主轴端面距离1000mm 主轴卡盘外径Φ200mm 最大加工直径Φ600mm 棒料作业能力50～63mm 主轴前轴承内和110～130mm 最大扭矩480N·m 二、主轴的要求及结构 2.1主轴的要求 2.1.1旋转精度 主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷，低转速的条件下，主轴前端工件或刀具部位的径向跳动和轴向跳动。 主轴组件的旋转精度主要取决于各主要件，如主轴、轴承、箱体孔的的制造，装配和调整精度。还决定于主轴转速，支撑的设计和性能，润滑剂及主轴组件的平衡。 通用（包括数控）机床的旋转精度已有标准规定可循。 2.1.2 静刚度 主轴组件的静刚度（简称刚度）反映组件抵抗静态外载荷变形的能力。影响主轴组件弯曲刚度的因素很多，如主轴的尺寸和形状，滚动轴承的型号，数量，配置形式和预紧，前后支撑的距离和主轴前端的悬伸量，传动件的布置方式，主轴组件的制造和装配质量等。 各类机床主轴组件的刚度目前尚无统一的标准。 2.1.3抗振性 主轴组件工作时产生震动会降低工件的表面质量和刀具耐用度，缩短主轴轴承寿命，还会产生噪声影响环境。 振动表现为强迫振动和自激振动两种形式。
机床主轴常用滚动轴承及其特点 1.深沟球轴承 该类轴承一般只用来承受径向载荷，由于游隙不可调，所以常用于精度要求不高、不需预紧的场合，如普通钻床主轴等。 2.角接触球轴承 这类轴承可同时承受径向和轴向载荷，由于在承受径向载荷时将引起内部轴向力，因此应对成安装使用，其配置方式有“背对背”、“面对面”、“串联”和“多联”等，并通过预紧可以提高主轴的刚度。这类轴承的接触角有15°、25°、40°三种，其中接触角为15°的B7000CY 型高精度角接触球轴承是专门为高速磨床主轴设计的专用轴承，该轴承除内部结构设计改变外，套圈和滚动体均选用高质量的电渣轴承钢制造。保持架材料为酚醛层压布管，公差等级有5、4和2级。因此，这类轴承具有高的旋转精度和极限转速，摩擦小，温升低。 3.双向推力角接触球轴承 通常选用230000型双向推力角接触球轴承，接触角为60°，由一个带润滑油孔的座圈、两个轴圈、一个隔圈和两组钢球与保持架组件构成。选择合适的隔圈高度可以使轴承装配后具有所需的预载荷。该类轴承可承受双向轴向载荷,具有良好的刚性,正常润滑时温升低，转速高，并且易于装拆，作为一种新结构，目前多用于磨床、车床、镗床、铣床、钻床等主轴上，使用中常与双列圆柱滚子轴承组配。
4.双列圆柱滚子轴承 这类轴承能承受较大的径向载荷并允许有较高的转速。轴承中的两列滚子以交叉方式排列，旋转时波动频率可比单列轴承提高一倍，振幅降低70％。 5.圆锥滚子轴承 可同时承受径向和轴向载荷，双列圆锥滚子轴承可承受双向轴向载荷。因圆锥滚子大端与内圈挡边之间滑动摩擦，其极限转速往往低于同尺寸的圆柱滚子轴承。空心圆锥滚子轴承可用油冷却滚子，使温升降低，从而提高了允许的转速。但这种轴承制造工艺复杂，对机床润滑系统的要求也较高，一般只用于有特殊要求的卧式主轴上。