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机床主轴部件设计

主轴部件是机床重要部件之一。作为机床的执行件，其功能是

支承并带动工件或刀具旋转进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，

完成表面成形运动。

主轴部件由主轴及其支承轴承和安装在主轴上的传动件、密封件

及定位元件等组成。对于钻、镗床，主轴部件还包括轴套和镗杆等。

主轴部件的工作性能对整机性能和加工质量以及机床生产率有着直

接影响，是打算机床性能和技术经济指标的重要因素。

一、主轴部件应满意的基本要求

（1）旋转精度——主轴的旋转精度是指机床主轴部件装配后，

在无载荷、低速转动条件下，在安装工件或刀具的主轴部位的径向圆

跳动和端面圆跳动。旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔以及主轴上

其他相关零件的制造、装配和调整精度。

（2）刚度——主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下反抗变

形的力量，通常以主轴前端部产生一个单位位移的弹性变形时，在位

移方向上所施加的作用力的大小来表示。

主轴部件的刚度是综合刚度，它是主轴、轴承和轴承座等刚度的

综合反映。因此，主轴的尺寸和外形，使用轴承的类型、数量、预紧

程度和配置形式，传动件的数量及布置方式，以及主轴部件的制造和

装配质量等都影响主轴部件的刚度。

（3）抗振性——主轴部件的抗振性是指反抗受迫振动和自激振

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动而保持平稳运转的力量。在切削过程中，由于各种因素引起的冲击

力和交变力的干扰，使主轴产生振动。抗振性差，表现为主轴部件工

作时易产生振动且振幅较大，降低已加工表面质量和刀具寿命，加速

传动件的磨损，诱发加工时的噪声，影响工作环境。严峻的振动则可

破坏刀具或主轴部件正常运转，使加工无法进行。

（4）温升及热变形——主轴部件运转时，因各相对运动处的摩

擦生热，切削区的切削热等使主轴部件的温度上升，其尺寸、外形及

位置发生变化，造成主轴部件的热变形。主轴热变形可引起轴承间隙

变化，温升后会使润滑油粘度降低，这些变化都会影响主轴部件的工

作性能，降低加工精度。

（5）精度保持性——主轴部件的精度保持性是指长期地保持其

原始制造精度的力量。主轴部件丢失其原始精度的主要缘由是磨损。

磨损速度与摩擦的种类有关，与主轴及轴承的结构特点、表面粗糙度、

材料的热处理方式、润滑、防护及使用条件等很多因素有关。要长期

的保持主轴部件的精度，必需提高其耐磨性。对耐磨性影响较大的因

素有主轴的材料、轴承的材料、热处理方式、轴承类型及润滑防护方

式等。

二、主轴的传动方式

主轴的传动方式主要有齿轮传动、带传动、电动机直接驱动等。

可依据主轴的转速凹凸、所传递的扭矩大小、对运动平稳性的要求，

同时还依据主轴结构、以及安装、修理等详细条件来进行主轴传动方

式的选择。

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三、主轴部件的结构设计

多数机床主轴采纳前、后两个支承。这种方式结构简洁，制造装

配便利，简单保证精度。为提高主轴部件的刚度，前后支承应消退间

隙或预紧。

为提高主轴部件的刚度和抗振性，某些机床主轴采纳三个支承。

但对三支承主轴而言，通常只有两个支承（其中一个为前支承）起主

要作用，而另一个支承只起帮助作用。三个支承中可以前、中支承为

主要支承，后支承为帮助支承，也可以前、后支承为主要支承，中间

支承为帮助支承。

推力轴承在主轴前、后支承的配置形式，直接影响主轴的轴向刚

度和主轴热变形的方向和大小。推力轴承在主轴上的常见配置形式：

1）前端配置；2）后端配置；3）两端配置；4）中间配置。

传动件在主轴上轴向位置的合理布置，可改善主轴的受力状况，

减小主轴变形，提高其抗振性。其主要原则是尽量使传动力引起的主

轴弯曲变形要小；引起主轴前端在影响加工精度敏感方向上的位移要

小。主轴上的传动件应尽量靠近前支承布置，有多个传动件时，其中

最大的传动件应靠近前支承。

传动件轴向布置的几种状况：1）传动件布置在两个支承之间；2）

传动件布置在主轴前悬伸端；3）传动件布置在主轴后悬伸端。

主轴主要结构参数的确定：

1）主轴前轴颈直径D1的选取：一般按机床类型、主轴传递的功

率或最大加工直径来选取。

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2）主轴内孔直径d的