数控机床主轴的几种结构形式

数控机床主轴设计
一、概述
1.数控机床主轴是机床加工过程中的核心部件，其质量直接影响到机
床的精度和生产效率。

数控机床主轴设计的主要任务是解决加工件的加工
精度、表面质量和生产效率等要求的技术问题。

2.数控机床主轴设计工作需要满足性能、结构、重量、尺寸、动力、
控制、安装等方面的要求，其中最重要的是性能和结构要求。

二、主轴结构设计
1.针对不同的加工工艺的要求，数控机床主轴设计的结构形式有很多，常见的有研磨轴、多段轴、悬臂式轴等。

2.研磨轴是机床主轴的基本结构，一般用于精超磨削，其结构特点为
研磨轴有较长的平稳运行区段，其强度高，通常采用梃形连接，耐磨性能好，是目前机床常用的轴形式。

3.多段轴是指主轴有多段，每段之间有齿轮连接，它可以满足不同加
工工艺的需求。

4.悬臂式轴是指主轴的两端分别有悬臂，是一种自转和轴向振动均有
良好平衡的结构形式，是用于精铣、拉床等加工工艺的主轴形式。

三、主轴性能设计
1.主轴的动力要求是指主轴所需的动力。

主要有机械动力、电动机动
力和气动动力等形式，根据不同的加工工艺要求，采用不同动力形式实现，其中机械动力是最常用的动力形式。

数控机床结构-数控机床的主轴部件主轴部件主轴部件是数控机床的最关键部件，它对零件加工质量有着直接的影响。

主轴部件包括主轴的支承、安装在主轴上的传动零件等。

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特有的结构要求。

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、主轴准停装置和主轴孔的清理装置等结构。

1.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在套筒内。

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筒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筒夹紧在主轴箱内，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轴部件。

主轴做旋转运动时，装在数控机床结构主轴前端平旋盘上的径向滑块可带动刀具做径向进给运动。

（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3.2所示，砂轮主轴l在支撑套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的轴线与工件被加工孔轴线重合，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，即圆周进给运动。

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。

2.主轴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。

主轴根据驱动方式、结构形式和应用领域，可分为以下几类：
1.电机直驱主轴：将电机的转矩直接传递给主轴，无需通过其他传动装置，如齿轮、皮带等。

具有结构简单、传动效率高、响应速度快、精度高等特点，广泛应用于高速数控机床、加工中心等领域。

2.电机间接驱动主轴：需要通过一定的传动装置将电机的转矩传递给主轴。

这类主轴的传动效率相对较低，但结构较为稳定，适用于重载、低速加工等应用场景。

3.液压驱动主轴：利用液压油作为介质，将液压泵产生的压力转化为主轴的旋转动力。

具有较高的输出力矩、低速性能好等特点，适用于重载、高扭矩加工场合。

4.磁悬浮主轴：采用磁力将主轴悬浮于磁轴承中，实现非接触传动。

具有高速、低摩擦、长寿命等特点，但制造难度较大，成本较高。

磁悬浮主轴在高精度、高速加工领域具有广泛的应用前景。

此外，根据结构形式和应用领域，主轴还可以分为以下几种：
1.箱式主轴：适用于高速加工和重负荷切削。

2.双向主轴：可实现同时上下加工。

3.滚珠丝杠主轴：以滚珠丝杠的方式工作，具有较高的准确性和刚性。

4.电主轴：电主轴的转速可实现高速、中速、低速和变速。

5.叉架类零件主轴：具有较高的刚性和稳定性，适用于高强度加工。

主轴采用锥度，能够使主轴和进给系统的间隙达到最小，适用于具有较小直径或较深孔的加工，且在加工精度方面表现优秀。

由于主轴的刚度高，因此不易受到振动的影响，同时，主轴的精度和稳定性也能保证机床的耐久性。

广泛应用于汽车制造、航天制造和模具制造等领域。

以上是主轴的分类和特点的详细描述，不同的主轴具有不同的特性和应用场景，选择合适的主轴可以提高加工效率和精度。

数控机床主轴的几种结构形式
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数控机床的主轴部件包括主轴、主轴的支承轴承和安装在主轴上的传动零件等。

主轴部件是机床的重要部件，其结构的先进性已成为衡量机床水平的标志之一。

由于数控机床的转速高、功率大，并且在加工过程中不进行人工调整，因此要求主轴部件具有良好的回转精度、结构刚度、抗振性、热稳定性、耐磨性和精度的保持性。

对于具有自动换刀装置的数控机床，为了实现刀具在主轴上的自动装卸和夹紧，还必须有刀具的自动夹紧装置、主轴准停装置等。

机床主轴的端部一般用于安装刀具、夹持工件或夹具。

在结构上，应能保证定位准确、安装可靠、连接牢固、装卸方便，并能传递足够的扭矩。

目前，主轴端部的结构形状都已标准化，图i所示为几种机床上通用的结构形式。

（a）数控车床主轴端部（b）铣、镗类机床主轴端部（c）外圆磨床砂轮主轴端部
（d）内圆磨床砂轮主轴端部（e）钻床与普通镗床锤杆端部（f）数控镗床主轴端部
图1机床主轴的几种结构形式。

数控机床主轴部件结构1.主轴箱体：主轴箱体是主轴部件的主要支撑部分，通常由铸铁或钢板焊接而成。

其主要功能是支撑主轴轴承和主轴电机，并提供刚性和稳定的工作环境。

主轴箱体通常有进给箱和冷却箱两个部分，进给箱用于传送动力和转矩到主轴，而冷却箱则用于散热和冷却主轴。

2.主轴轴承：主轴轴承用于支撑和定位主轴，使其能够高速旋转并承受工作负载。

根据不同的需求，主轴轴承可以分为滚动轴承和滑动轴承两种类型。

滚动轴承主要有角接触球轴承、圆锥滚子轴承和球面滚子轴承等；滑动轴承则有液体静压轴承和磁浮轴承等。

主轴轴承通常由高速钢或陶瓷制成，以提供低摩擦和高刚度的特性。

3.主轴电机：主轴电机用于提供主轴的驱动力和转矩。

根据不同的需求和机床类型，主轴电机可以采用交流电机、直流电机或伺服电机等。

交流电机通常具有较好的响应性和调速性能，而直流电机则提供更高的转矩和速度范围。

伺服电机则结合了交流电机和伺服控制系统，可实现更精确的位置和速度控制。

4.主轴夹头：主轴夹头用于夹持工件或刀具，使其与主轴保持刚性连接。

主轴夹头通常有机械夹头和液压夹头两种类型。

机械夹头通过螺纹、卡盘或夹具等机械结构实现夹紧，适用于一般的加工需求。

液压夹头则通过液压系统提供更高的夹紧力和精确的夹紧位置，适用于高精度加工和重负载切削。

除了以上主要部件，数控机床主轴还可能包括冷却系统、振动补偿系统、联轴器等。

冷却系统用于降低主轴温度，保证加工质量和主轴寿命；振动补偿系统用于抑制主轴振动，提高加工质量和效率；联轴器用于连接主轴电机和主轴轴承，传递动力和转矩。

总之，数控机床主轴部件结构的设计旨在实现稳定高速、高精度的加工要求。

不同的机床和加工需求可能会有不同的主轴结构和配置，但其核心目标都是提供高效的驱动力和承载能力，以满足工业生产的要求。

数控车床主轴系统分析报告学院：机械工程学院班级：09创新一班姓名：学号：*******xxxMJ-50数控车床主轴结构下图为MJ-50数控车床主轴结构。

交流主轴电动机通过带轮15把运动传给主轴7 。

主轴前支承由一个双列圆柱滚子轴承1 1和一对角接触球轴承1 0组成，轴承11用来承受径向载荷，两个角接触球轴承分别承受两个方向的轴向载荷，另外还承受径向载荷。

松开螺母8的锁紧螺钉，就可用螺母来调整前支承轴承的间隙。

主轴的后支承为双列圆柱滚子轴承14，轴承间隙由螺母1和螺母6来调整。

主轴的支承形式为前端定位，主轴受热膨胀向后伸长，前后支承所用双列圆柱滚子轴承的支承刚性好，允许的极限转速高。

前支承中的角接触轴承能承受较大的轴向载荷，且允许的极限转速高。

主轴所采用的支承结构适宜高速大载荷的需要。

主轴的运动经过同步带轮16、同步带轮3以及同步带2带动脉冲编码器4，使其与主轴同速运转。

脉冲编码器用螺钉5固定在主轴箱体9上。

1、主传动系统的传动方式：机床主传动系统可分为无极变速传动和有级变速变速传动。

与普通机床相比，数控车床的主传动采用交、直流主轴调速电动机，电动机调速范围大，并可无级调速，使主轴箱结构大为简化。

为了适应不同的加工需要，数控车床的主传动系统有一下三种传动方式：1.1由电机直接驱动：主轴电机与主轴通过联轴器直接连接，或采用内装式主轴电动机直接驱动，如下图a所示。

采用直接驱动大大简化了主轴箱结构，能有效提高主轴刚度。

这种传动的特点是主轴转速的变化、出去转矩与电机的特性完全一致。

但由于主轴的输出功率和转矩特性直接决定于主轴电动机的性能，因而使这种变速传动的应用受到了一定的限制。

1.2采用定比传动：主轴电动机经定比传动传递给主轴，如下图b所示。

定比传动可采用带传动或齿轮传动，带传动具有传动噪声小、振动小的有点，一般应用在中小型数控车床上。

采用定比传动扩大了直接驱动的应用范围，即在一定程度上能满足主轴功率与转矩的要求，但其变速范围仍与电动机的调速范围相同。