【文章內(nèi)容簡介】 受力 (f)垂直面彎矩圖 (g)合成彎矩圖 (h)轉(zhuǎn)矩圖 AB段支承反力：水平面：垂直面：BC段支承反力：水平面：垂直面：CD段支承反力：水平面：垂直面：DE段支承反力：水平面：垂直面：軸的受力簡圖、c、e。AB段彎矩：水平面：垂直面：合成：BC段彎矩：水平面：垂直面：合成：CD段彎矩：水平面：垂直面：合成：DE段彎矩： 水平面 垂直面合成：軸的水平面、f、g。已知：小帶輪的輸出功率為，同步帶的傳動效率為。所以，大帶輪的輸出功率為：則大帶輪的輸出轉(zhuǎn)矩為：從合成彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖上得知，主軸在截面C、D處承受了較大的彎矩，并且還受到帶輪傳動所帶來的扭矩。因此，這兩個截面是危險截面。在校核主軸的強度時應按彎扭合成強度條件進行計算。軸的彎扭合成強度條件為 ………………………（）式中： —— 軸的計算應力，； —— 軸的抗彎截面系數(shù)，； —— 折合系數(shù)； —— 軸的許用彎曲應力，； —— 軸所受的扭矩，單位為； —— 軸所受的彎矩，單位為。軸的抗彎截面系數(shù)為式中： —— 軸頸處直徑，單位為； —— ，此處，為軸孔直徑。得根據(jù)主軸材料為，由表查得許用彎曲應力。按扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)變應力，取折合系數(shù)。將上述參數(shù)代入公式（），則軸的計算應力為因為，所以主軸的強度符合要求。軸在載荷作用下，將產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)變形。若變形量超過允許的限度，就會影響軸上零件的正常工作，甚至會喪失機器應有的工作性能。對于本課題的主軸，應該按軸的彎曲剛度校核。軸計算剛度經(jīng)驗公式為 …………………………………………… （）式中： —— 軸的計算撓度，單位為； —— 軸慣性量，單位為； —— 軸所用材料的彈性模量，單位為； —— 支承跨度，單位為； —— 軸所受圓周力，單位為； —— 軸所受徑向力，單位為。 —— 軸的允許撓度，單位為已知：，。軸的允許撓度為將上述參數(shù)代入公式（），則軸的計算剛度為由于，所以軸能夠滿足剛度要求。綜上所述，軸的強度，剛度均符合校核要求。機床主軸帶著刀具或夾具在支承件中做回轉(zhuǎn)運動，需要傳遞切削扭矩，承受切削抗力，并保證必要的旋轉(zhuǎn)精度。數(shù)控機床主軸支承根據(jù)主軸部件的轉(zhuǎn)速、承載能力及回轉(zhuǎn)精度等要求的不同而采取不同種類的軸承。主軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類型、結(jié)構(gòu)、配置、精度、安裝、調(diào)整、潤滑和冷卻都直接影響了主軸組件的工作性能。在數(shù)控機床上主軸軸承常用的有滾動軸承和滑動軸承。滾動軸承摩擦阻力小，可以預緊，潤滑維護簡單，能在一定的轉(zhuǎn)速范圍和載荷變動范圍下穩(wěn)定地工作。滾動軸承油專業(yè)化工廠生產(chǎn)，選購維修方便，在數(shù)控機床上被廣泛采用。但是與滑動軸承相比，滾動軸承的噪聲大，滾動體數(shù)目有限，剛度是變化的，抗振性略差并且對準蘇有很大的限制。數(shù)控機床主軸組件在可能條件下，盡量使用了滾動軸承，特別是大多數(shù)立式主軸和主軸裝在套筒內(nèi)能夠作軸向移動的主軸。這時滾動軸承可以用潤滑脂潤滑以避免漏油。圖示為主軸常用的機種滾動軸承的類型。為了適應主軸高速發(fā)展的要求，滾珠軸承可以采用陶瓷滾珠。陶瓷滾珠軸承由于陶瓷材料的質(zhì)量輕，熱膨脹系數(shù)小，耐高溫，所以具有離心小、動摩擦力小、預緊力小、預緊力穩(wěn)定、彈性變形小、剛度高的特點。但是由于成本較高，在數(shù)控機床上還未普及使用。數(shù)控機床主軸支承根據(jù)株洲部件的轉(zhuǎn)速、承載能力及回轉(zhuǎn)精度等要求的不同而采取不同種類的軸承。不同類型主軸軸承的優(yōu)缺點見表。數(shù)控機床的主軸軸承及其性能 數(shù)控機床的主軸軸承及其性能性 能滾動軸承液體靜壓軸承氣體靜壓軸承磁力軸承陶瓷軸承旋轉(zhuǎn)精度一般或較高，在預緊無間隙時較高高，精度保持性好一般同滾動軸承剛 度一般或較高，預緊后較高，取決于所用軸高，與節(jié)流閥形式有關，薄膜反饋或滑閥反饋很高較差，因空氣可壓縮，與承載力大小有關不及一般滾動軸承比一般滾動軸承差抗 振 性較差，阻尼比好，阻尼比好較好同滾動軸承速度性能用于中、低速，特殊軸承可用于較高速用于各級速度用于超高速用于高速用于中、高速，熱傳導率低，不易發(fā)熱摩擦損耗較小，小，小很小同滾動軸承壽 命疲勞強度限制長長長較長結(jié)構(gòu)尺寸軸向小，徑向大軸向大，徑向小軸向大，徑向小徑向大軸向小，徑向大制造難易軸承生產(chǎn)專業(yè)化、標準化自制，工藝要求高，需要供油設備自制，工藝較液壓系統(tǒng)低，需要供氣系統(tǒng)較復雜比滾動軸承難使用維護簡單，用油脂潤滑要求供油系統(tǒng)清潔，較難要求供氣系統(tǒng)清潔，較易較難較難成 本低較高較高高較高機床主軸軸承發(fā)展，經(jīng)歷了滾、陶、氣浮、磁浮等階段。滾動軸承發(fā)展到陶瓷軸承，即鋼球改為陶瓷球，滾道加TiN或CrNi金屬。同時，所用油脂為一次性，終身潤滑，大大提高了滾動軸承的性能，所以被廣泛采用。目前，一般中小規(guī)格的數(shù)控機床的主軸部件多采用成組高精度滾動軸承，重型數(shù)控機床采用液體靜壓軸承，高精度數(shù)控機床采用了氣體靜壓軸承，轉(zhuǎn)速達2~10104r/min的主軸則可以采用磁力軸承或氮化硅材料的陶瓷滾珠軸承。數(shù)控機床的轉(zhuǎn)速高，為減少主軸的發(fā)熱。必須改善軸承的潤滑方式。在數(shù)控機床上的潤滑一般采用高級油脂封入方式潤滑，每加一次油脂可使用710年。根據(jù)主軸部件的工作精度、剛度、溫升和結(jié)構(gòu)的復雜程度，合理配置軸承，可以提高主傳動系統(tǒng)的精度。采用滾動軸承支承，有許多不同的配置形式，目前數(shù)控機床主軸軸承的配置主要有如圖所示的幾種形式。 (a)(b)(c)(d)（a）所示的配置中，前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和60176。角接觸球軸承組合，承受鏡像載荷和軸向載荷，后支承采用成對角接觸球軸承，該配置可滿足強力切削的要求，普遍應用于各類數(shù)控機床。（b）所示的配置形式中，前軸承采用角接觸球軸承，由23個軸承組成一套，背靠背安裝，承受徑向載荷和軸向載荷，后支承采用雙列短圓柱滾子軸承，這種配置適用于高速、重載的主軸部件。（c）所示的配置形式中，前后支承均采用角接觸球軸承，以承受徑向載荷和軸向載荷，角接觸球軸承具有較好的高速性能，主軸最高轉(zhuǎn)速可達4000r/min,但是這種軸承的承載能力小，因而這種配置適用于高速、輕載和精密的數(shù)控機床主軸。(d)所示的配置形式中，前支撐采用雙列圓錐滾子軸承，承受徑向載荷和軸向載荷，后支承采用單列圓錐滾子軸承，這種配置徑向和軸向的剛度高，可承受重載荷，尤其能承受較強的動載荷，安裝于調(diào)整性能好，但主軸轉(zhuǎn)速和精度的提高收到限制，因此適用于中等精度，低速與重載荷的數(shù)控機床主軸。對主軸滾動軸承進行預緊和合理選擇預緊量，可以提高主軸部件的回轉(zhuǎn)精度、剛度和抗振性。滾動軸承間隙的調(diào)整或預緊，通常是通過軸承內(nèi)、外圈的相對軸向移動來實現(xiàn)的。(1) 軸承內(nèi)圈移動這種方法適用于錐孔雙列圓柱滾子軸承。用螺母通過套筒推動內(nèi)圈在錐形軸頸上做軸向移動，使內(nèi)圈變形脹大，在滾道上產(chǎn)生過盈，從而達到預緊目的。圖示所示為幾種軸承內(nèi)圈的預緊形式。 （a)結(jié)構(gòu)簡單，但預緊量不易控制，常用于輕載機床主軸部件。（b)用螺母限制內(nèi)圈的移動量，易于控制預緊量。（c）在主軸凸緣上均布數(shù)個螺釘以調(diào)整內(nèi)圈的移動量，調(diào)整方便，但是用幾個螺釘調(diào)整。易時墊圈歪斜。（d)將緊靠軸承右端的墊圈做成兩個半環(huán)，可以徑向取出，修磨其厚度可控制預緊量的大小，調(diào)整精度較高。（2） 修磨座圈通過修磨軸承的內(nèi)外圈，可以調(diào)整軸承的預緊力。圖示所示為兩種修磨的形式。 a) 修磨軸承內(nèi)圈的內(nèi)側(cè)(b) 修磨軸承外圈的內(nèi)側(cè) （a)所示為軸承外圍寬邊相對（背對背）安裝，這時修磨軸承內(nèi)圈的側(cè)隙，時間隙增大。（b)所示為外圍窄邊相對（面對面）安裝，這時修磨軸承外圈的窄邊。在安裝時按圖示的相對關系裝配，并用螺母或法蘭蓋將兩個軸承軸向壓攏，時兩個修磨過得端面貼緊，這樣能夠時兩個軸承的滾道之間產(chǎn)生預緊。另一種方法是將兩個厚度不同的隔套放在兩軸承內(nèi)、外圈之間，同樣將兩個軸承軸向相對壓緊，時滾道之間產(chǎn)生預緊，隔套調(diào)整法如圖示。 主軸軸承的不同配置形式對主軸組件剛度損失由巨大的影響，從而確定當支承跨度較大時，降低支承剛度，或適當增大主軸軸頸直徑和內(nèi)孔直徑是減小主軸組件剛度損失的有效措施，并可提高其動態(tài)性能。本課題采用陶瓷球軸承做主軸支撐，即用氮化硅材料做成陶瓷球來代替滾珠，軸承內(nèi)外套圈仍為GCr15雖然只是把鋼球變成了氮化硅球，但是另一方面，溝道的幾何尺寸也作了改進以優(yōu)化軸承性能。這種軸承在減小了離心的同時，也減小了滾珠與該道間的摩擦力，從而獲得較低的溫升及較好的高速性能。混合陶瓷球軸承最常見的形式是角接觸球軸承，它可以在既有徑向也有軸向負荷時有效地高速運轉(zhuǎn)。但是軸向負荷只能從一個方向施加。因此，這些軸承通常成對安裝并施加預負荷以保證正確的角接觸。由于加工中心在加工時不僅需要收到軸向力，還會受到一定的徑向力。因此在本課題的軸承配置中選用如圖示的方式。而本課題的預緊方式采用隔套調(diào)整法及雙螺母預緊。滾動軸承按其基本尺寸精度和旋轉(zhuǎn)精度的不同，可分成C、D、E、F和G等五級，其中C級精度最高，G級最低，G 級可不注明。 （1）滾動軸承精度等級選擇機床類型向心軸承前支承 向心軸承后支承推力軸承精度等級普通精度機床 D(或C) E（或D） E