MV1100A(加工中心) 主軸內部結構,MV1100A(加工中心),主軸內部結構,mv1100a,加工,中心,主軸,內部結構 第三章 主軸組件的設計,第一節(jié) 主軸組件的功用與基本要求 一、主軸組件的組成、功用、特點： 二、主軸組件的基本要求： 1.旋轉精度～在主軸空載手動或機動低速旋轉情況下， 在主軸前端安裝工件或刀具的基面上所測得的徑向跳動、 端面跳動和軸向竄動的大小。,安裝基面：例如普通車床主軸的內錐孔、短錐法蘭面。,通用機床主軸組件的旋轉精度，我國有統一的標準，專用機床則應根據工件精度要求確定。,影響旋轉精度的因素,（1）軸承精度和間隙的影響。 （2）主軸、支承座等零件中精度的影響。,2.剛度 主軸組件的剛度～在外載荷作用下抵抗變形的能力。 K=F/y (N/μm),主軸組件的剛度直接影響加工精度。,設計中應盡可能提高剛度，從布局、結構尺寸等方面綜合考慮。,3.抗振性,主軸組件抵抗受迫振動和自激振動而保持平穩(wěn)運轉的能力。 主軸振動將降低工件的表面質量。,受迫振動的干擾力：,主軸上旋轉零件的偏心質量產生的離心力； 周期性變化的切削力。,自激振動：,金屬切削加工時，由于機床＝工件－刀具彈性系統振動對切削過程的反饋作用，刀具與工件之間發(fā)生的強烈的相對振動。,粗加工機床～主要防止自激振動； 精加工機床～主要防止受迫振動； 高速機床～兩種振動都要防止。,4.溫升和熱變形,熱源～主軸軸承、潤滑油等。 改進～減輕摩擦、改善散熱、改進潤滑。 采用強制潤滑，動壓軸承等。 5.精度保持性,綜上所述,旋轉精度～無載、低速下的工作精度。 剛度～靜態(tài)工作精度。 抗振性、熱變形～動態(tài)工作精度。,第二節(jié) 主軸組件的布局,設計一臺機器或一個組件包括三方面的工作 即： 布局———強度計算———結構設計。,一、兩支承主軸軸承的配置形式,軸承的選型、組合、布置。,配置軸承的一般原則,1.適應剛度和承載能力的要求 承受徑向載荷、剛度（大→?。?滾柱軸承、多個球軸承、單個球軸承 承受軸向載荷、剛度（大→?。?推力球軸承、滾錐軸承、向心推力球軸承。,2.適應轉速的要求,極限轉速（高→低） 徑向：球軸承、滾柱軸承、滾錐軸承。 軸向：向心推力球軸承、推力球軸承、滾錐軸承。,同一類型的軸承 規(guī)格↓精度↑極限轉速↑ 綜上，選擇軸承，應綜合考慮承載能力和極限轉速。,3.適應加工精度的要求,4.適應結構的要求,多個球軸承 剛度↑ 承載↑徑向尺寸↓,兩軸的中心距很小。,又如，設計靜壓軸承時，考慮與滾動軸承可互換。,5.適應經濟性要求,優(yōu)先采用大批量生產的滾動軸承； 中速、大載荷情況下，用滾錐軸承代替向心球軸承和 推力軸承； 有時滾動、滑動軸承結合使用。,二、三支承主軸組件,三個支承中有一個是浮動（輔助）支承； 浮動支承：軸承的剛度最低， 軸承的外圈與支承座孔的配合比主要支承 松1～2級。,應盡量少用三支承,當主軸兩支承跨距超過合理跨距時，則應加大主軸直徑，提高前支承剛度，不得已再用三支承。,第三節(jié) 主 軸,主軸的設計包括： 結構的確定； 材料的選擇； 熱處理方法的確定。,一、主軸的結構,空心軸，階梯軸，形狀決定于其上安裝的刀具、夾具、軸承、齒輪、密封等。,主軸的前端部：安裝夾具或刀具已標準化，故通用機床主軸端部的形狀和尺寸也已標準化,二、主軸的材料與熱處理,材料選擇 主要考慮剛度 考慮彈性模量E,E↑ 剛性↑,普通碳鋼與合金鋼的彈性模量E值基本一樣，故優(yōu)先 選擇價格便宜的中碳鋼。,特殊情況下采用合金鋼,有沖擊 Mn鋼 軸向移動磨損較大 合金鋼 精密機床為了減少熱處理變形 合金鋼,熱處理,第四節(jié) 主軸的滾動軸承,主軸的旋轉精度主要取決于軸承，其可分為滾動軸承和滑動軸承兩大類。,一、常用的主軸滾動軸承的類型,除一般的滾柱、滾錐、滾針軸承、向心推力球、推力球軸承外，還有幾種主軸滾動軸承。,二、滾動軸承的間隙調整和預緊,作用：提高主軸組件工作性能，提高軸承的使用壽命 預緊力：20～30%工作載荷,間隙調整的原理,使軸承內、外圈產生相對位移，并保持在調整好的位置上。 調整的具體結構舉例。,1.螺紋調整法,調整螺母的防松,2.修磨隔套法,3.油壓套筒式調隙結構,三、滾動軸承的精度與配合,A B C D E (F) G 高 低 A、B 特高、超高精度，需要特殊訂貨。 F 淘汰級，僅供機床修配用。 G 常用于木工機床。 C、D、E 常用于機床主軸組件。,,主軸前軸承的精度通常比后軸承精度高一級。,若 δa=δb 則 δ1δ2,第五節(jié) 主軸滑動軸承,滑動軸承的優(yōu)點： 存在油膜阻尼，故抗振性好，而且運轉平穩(wěn)性好。,滑動軸承的分類：,液體滑動軸承 a)動壓軸承 b)靜壓軸承,B. 氣體滑動軸承 多數為靜壓軸承。,一、液體動壓滑動軸承,產生壓力油膜的條件： A 軸與軸承之間充滿一定粘度的潤滑油； B 軸與軸承之間有鍥形空間； C 主軸旋轉帶動潤滑油從間隙大處向小處流動， 且vv臨界,單油鍥滑動軸承,只產生一個壓力油鍥，軸心位置穩(wěn)定性差，主軸組件中不予采用。,多油鍥滑動軸承（三油鍥、五油鍥）,1.短三瓦滑動軸承 間隙 0.005～0.015mm 主軸軸心飄移量 0.001mm左右 v臨界＝4m/s 只能單向旋轉 用于磨床主軸。,2. 阿基米德曲線多油鍥軸承,整體式外錐內圓結構； 用雙偏心圓弧代替阿基米德曲線，形成鍥形空間； 用于高精度磨床。,動壓軸承的最大缺點：,低速時油膜形成不了，啟動、停止過程中要發(fā)生干摩擦，而且轉速改變時，油膜厚度改變致使軸心的位置改變。,二、液體靜壓軸承,優(yōu)點：1.油膜由壓力油建立，與主軸的轉向、轉速無關， 故具有良好的正反轉與速度變化的適應性。 2.承載能力強。只要提高油壓，增大承載面積，就 能提高軸承的承載能力。 3.軸承的壽命長。純液體摩擦。 4.旋轉精度高，油膜的剛度，可以是動壓軸承油膜 的8倍。,缺點：,1.需要一套專門的供油系統，油液的清潔度要求高。 2.油液需要冷卻，以免溫升過高。 3.對啟動、停車及斷電需要有專門的保護裝置。,靜壓軸承的工作原理,,pr=ps-ΔpG p入→ →p出 容積式節(jié)流器 ΔpG= p入- p出 ΔpG ∝Q Q~流量,,情況1：,無外載時 RG1=……………= RG4 則 pr1 =……………= pr4 主軸浮于軸承的中心。,情況2：,受載荷W時，軸頸向下偏移。 h3↓ Q↓ ΔpG3↓ 由式pr=ps-ΔpG 可知pr3↑ 同理 可知pr1↓ 當 pr3-pr1=W，主軸處于新的平衡位置。,靜壓軸承的應用：,重型機床的主軸常采用靜壓軸承。 精密機床多數采用動壓軸承和滾動軸承。,第六節(jié) 主軸組件的計算 一、主軸組件結構參數的確定 1.主軸前、后軸頸D1、D2的選擇,2.主軸內孔的直徑d,要求d/D平0.7,3.主軸前端懸伸量a,設計中a盡量取小。,4.主軸支承跨距L,y=y1+y2 L↑y1↑（主軸） L↑y2↓（軸承） 因此，L具有最佳取值范圍。,y具有最小值，對應有L合理,當LL合理，主要必須提高主軸剛性。 當LL合理，主要必須提高支承的剛性。,CKS6116 圖1 主軸系統結構示意圖（高速型） 圖2 主軸系統結構示意圖（高剛性型）