机械制造装备机床0217.ppt

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1、机械制造装备航空制造工程学院焦益群21 五月 2023第一页，编辑于星期日：十三点 四十四分。航空制造工程学院焦益群邮箱：电话：1397914761921 五月 2023第二页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）第二章 金属切削机床典型部件 第一节 主轴组件 内容：对主轴部件的基本要求；主轴滚动轴承、滑动轴承的选择设计；主轴的结构设计；典型主轴部件的分析。要求：掌握主轴部件的设计方法、能力。第三页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）第四页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）机床主轴：机床在加工时直接带动刀具或工件进行切削和表面成形运动的旋转

2、轴。主轴组件的组成：主轴、轴承、传动件(如齿轮、带轮)和固定件(如螺母)等 第五页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）第六页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）主轴组件的功用 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。第七页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）主轴组件夹持着工件（车床）或刀具（钻床、镗床、铣床、磨床）直接参加表面成形运动，因此它的回转轴心线位置必须准确、稳定，以保证一定的加工精度和表面粗糙度。它的工作性能对加工质量和机床生产率有重要的影响。第八页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制

3、造装备（机床）一、对主轴组件的基本要求静刚度 抗振性 温升和热变形 耐磨性 旋转精度第九页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）1、旋转精度旋转精度：指装配后，在无载荷、低速转动的条件下，主轴安装工件或刀具部位的径向跳动、轴向跳动、轴向窜动。影响旋转精度的因素：各主要件(主轴、轴承、壳体孔等)的制造、装配和调整精度。各类通用机床主轴部件的旋转精度已在机床精度标准中作出规定，专用机床主轴部件的旋转精度则根据工件精度要求确定。第十页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）工作转速下旋转的精度（运动精度）（1）通常讲的旋转精度是在无载荷、低速转动的条件下。（2）当主轴以

4、工作转速旋转时，由于润滑油膜的产生和不平衡力的扰动，旋转精度将有所变化。这个差异，对于精密和高精度机床，是不可忽略的。（3）工作转速下旋转的精度，影响因素还有：主轴的转速、轴承的性能、润滑、主轴部件的动态特性。第十一页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）2、刚度 主轴部件刚度K：主轴部件抵抗静态外载荷的能力。K=Fy(N/um)主轴部件的刚度越高，主轴受力后的变形越小；刚度不足，主轴及其支承处将产生较大的弹性变形。不仅影响工件的加工质量，还会破坏齿轮和轴承的正常工作条件，加快磨损，降低精度。第十二页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）主轴部件的刚度是综合刚度

5、，影响因素主要有主轴的尺寸、形状;滚动轴承的型号、数量、预紧和配置形式；前后支承的距离；主轴前端的悬伸量等。第十三页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）3、抗振性 抗振性：指主轴受到交变切削载荷时，能够平稳地运转而不发生振动的能力。造成影响：影响工件的表面质量；刀具耐用度；主轴轴承寿命；产生噪声。影响因素：主轴部件的刚度、固有频率、阻尼特性等。第十四页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）4、温升和热变形 热变形：指机床工作时，各相对运动处的摩擦和搅油，其损耗的能量转化为热，造成温升，使主轴组件在形状和位置上产生的畸变。造成影响：温升使润滑油的粘度下降或润滑脂

6、熔化流失。热变形，使主轴伸长，轴承间隙变化，影响轴承寿命，并使主轴偏离正确位置，影响工作性能和加工精度。第十五页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）轴承的温升与转速有关。国标规定了轴承允许的温升、最高温度。高精度机床810（最高温度35-40）；精密机床1520（40-45）；普通机床3040（50-55）。第十六页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）5、耐磨性 耐磨性：指长期保持其原始精度的能力，即精度保持性。易磨损的部位应要有高的耐磨性。第十七页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）二、主轴的滚动轴承一、主轴轴承的选择机床主轴轴承类型 滚

7、动轴承 滑动轴承 第十八页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）（一）滚动轴承1、机床主轴常用的滚动轴承第十九页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）（1）双列圆柱滚子轴承 只能承受径向载荷。内孔为1：12的锥孔，与主轴的锥形轴颈相配合。多用于载荷较大、刚度较高，中等转速的地方。第二十页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）（2）角接触球轴承 既可承受径向载荷，又可承受轴向载荷。越大，轴向承载能力越大。多用于高速主轴。第二十一页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）（3）双向推力角接触球轴承 承受轴向载荷。接触角越小，允许的转速越

8、高，但轴向刚度越低。修磨隔套6的厚度就能消除间隙和预紧。第二十二页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）（4）双列圆锥滚子轴承 可承受双向轴向、径向载荷，刚度和承载能力大。适用于中低速、中等以上载荷机床的主轴前支承。修磨中间隔套可以调整间隙或预紧。第二十三页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）（5）加梅(Gamet)轴承 22g为H系列，用于前支承。图22h为P型系列，与H系列配套，用于后支承，它的外围带有预紧弹簧(1620根)，均匀增减弹簧可以改变预加载荷大小。第二十四页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）滚子做成空心，保持架为 整体结构并

9、充满空间，大部 分的润滑油通过滚子内孔流 向档边摩擦处，润滑和冷却 效果好、中空并充油的滚子 还起吸振和缓冲作用。第二十五页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）（6）陶瓷滚动轴承常用的陶瓷滚动轴承有：滚动体用陶瓷材料制成；滚动体和内圈用陶瓷材料制成；滚动体和内外圈均用陶瓷材料制成与钢制滚动轴承相比：重量轻，作用在滚动体上的离心力较小，从而使其压力和滑动摩擦也较小；温升较低；刚度较大。第二十六页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）（7）磁悬浮轴承是利用磁力来支承运动部件实现轴承功能的。工作原理如图所示第二十七页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机

10、床）2、滚功轴承的典型配置型式大多数机床主轴部件采用两支承结构，选用的般原则如下：（1）适应承载能力和刚度的要求 径向承载能力和刚度：线接触的“圆柱或圆锥滚子轴承”高于点接触的“球轴承”；第二十八页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）轴向承载能力和刚度由高到低依次为：“推力球轴承”、“圆锥滚子轴承”、“角接触球轴承”。前支承所受载荷通常大于后支承，它的变形对主轴轴端位移(即刚度)影响较大。故前支承处轴承的承载能力和刚度应比后支承处大。有冲击载荷时，宜选用滚子轴承。第二十九页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）（2）适应转速的要求 相同类型的轴承，其规格越小、

11、精度等级越高，允许的最高转速也越高；相同规格的轴承，点接触的球轴承比线接触的滚子轴承允许的转速高。滚子轴承比滚锥轴承允许的转速高。（3）适应结构要求 第三十页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）（4）推力轴承配置型式 主轴的轴向定位精度(热伸长)主要决定于承受轴向载荷的轴承。配置主要有：第三十一页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）第三十二页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）3、主轴滚动轴承精度 主轴轴承的精度：P2（旧B）、P4（旧C）、P5（旧D）、P6（旧E）、P0（旧G）六级，又规定了SP级和UP级作为补充。第三十三页，编辑于星期

12、日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）第三十四页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）n前轴承对主轴组件的影响较大，故前轴承的精度应选得高一些。（1）当前轴承轴心有a的偏移量，后轴承偏移量为0时，反映到主轴端部轴心的偏移为：第三十五页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）（2）当后轴承轴心有b的偏移量，前轴承偏移量为0时，反映到主轴端部轴心的偏移为：第三十六页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）4、主轴滚动轴承间隙调整和预紧预紧（预载荷）：采用预加载荷的方法，使轴承滚道与滚动体之间有一定的过盈量。作用：适当预紧可以提高滚动轴承的刚度和寿命，

13、提高主轴的旋转精度和抗振性，降低噪声。过度预紧，由于滚动体和滚道的变形太大，将提高温升和降低寿命。第三十七页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）预紧分三个等级：轻预紧：适用于高速主轴；中预紧：适用于中、低速主轴；重预紧：适用于分度主轴。第三十八页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）5、滚动轴承的润滑和密封（1）润滑润滑的作用：降低摩擦，降低温升，并与密封装置在一起，保护轴承不受外物的侵入和防止腐蚀。常用的润滑剂：润滑油、润滑脂、固体润滑剂。速度较低、工作负荷较大，用润滑脂；速度较高、负荷较小时，用润滑油较好。第三十九页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制

14、造装备（机床）5、滚动轴承的润滑和密封（2）密封作用：防止油外漏，防止灰尘屑末、冷却液进入，减少磨损和腐蚀，保护环境。密封方式：接触式、非接触式。第四十页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）（二）滑动轴承按产生油膜压强的方式，分为动压轴承和静压轴承按流体介质不同，分为液体动压轴承、气体动压轴承液体动压轴承 1、是靠轴的转动形成油膜而具有承载能力的。2、承载能力与滑动速度成正比。低速承载能力低。3、用于高速和转速变化不大的地方，如磨床主轴。第四十一页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）（二）滑动轴承静压轴承 1、油膜压强靠液压泵建立，与主轴的转速关系不大。2、

15、常用于低速或转速变化较大的地方。3、静压轴承的油膜较厚，对轴颈、轴瓦孔的圆度误差能起均化作用，故还用于精度要求较高的主轴。第四十二页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）三、主轴1、主轴的结构 主轴端部的结构应保证夹具或刀具安装可靠、定位准确、连接刚度高、装卸方便并能传递足够的转矩。目前，主轴的端部形状已标准化。第四十三页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）常见机床主轴端部结构形式第四十四页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）主轴的构造为了提高刚度，主轴的直径应尽量大一些，悬伸量（前轴承至主轴前端面的距离）应尽可能地小些。为便于装配，主轴常制

16、成阶梯形的。为了不使主轴的刚度受太大的影响，主轴内孔直径不宜超过外径的70%。（D/d0.7）第四十五页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）2、主轴的材料和热处理应根据耐磨性、载荷特点、热处理方法、热处理后的变形选择主轴材料。第四十六页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）2、主轴的材料和热处理第四十七页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）3主轴主要结构参数的确定主轴的结构参数主要包括：主轴的平均直径(或前、后轴颈直径)、内孔直径、前端的悬伸量、支承跨距等。（1）主轴前轴颈直径D1的选取 第四十八页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装

17、备（机床）3主轴主要结构参数的确定 车床和铣床主轴后轴颈直径D2(0.70.85)D1。磨床主轴常为前、后轴颈相等，中段较粗。第四十九页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）（2）主轴悬伸量的确定主轴的悬伸量a：主轴前端面到前支承径向支反力作用点之间的距离。设计时应努力缩短悬伸量。（3）主轴最佳跨距的选择主轴的跨距：前、后轴承之间的距离。主轴的跨距直接影响主轴端部的扰度，合理的（最佳的）跨距可使主轴端部的扰度最小。P119推荐值。第五十页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）四、典型主轴部件 1、车、镗、铣类机床主轴部件。（1）数控车床主轴部件第五十一页，编辑于

18、星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）第五十二页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）迷宫密封汽封 第五十三页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）迷宫密封汽封 第五十四页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）（2）卧式铣床主轴部件 三支承主轴，前、中为主，后支承(6216)为辅。碟形弹簧1用以控制预紧力，并补偿因主轴热伸长而使轴承预紧力发生的变化。第五十五页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）碟形弹簧第五十六页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）碟形弹簧第五十七页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）2、钻床类主轴部件轴向载荷较大，两推力轴承4、7分别承受两方向的轴向力，螺母9用于调整4、7的预紧量。径向载荷较小，由深沟球轴承3支承。脂润滑 第五十八页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）深沟球轴承第五十九页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）两端径向载荷较大、轴向载荷不大，故前后各装两个同向的角接触球轴承。预紧力靠螺旋弹簧保证。3、磨床类主轴组件第六十页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）4、电动机主轴第六十一页，编辑于星期日：十三点 四十四分。机械制造装备（机床）高速主轴第六十二页，编辑于星期日：十三点 四十四分。