數(shù)控車床主軸結構的設計與分析

王燕

摘要：文章介紹了目前數(shù)控車床主軸的結構特點，通過與軸承公司合作的實例詳細介紹了速度型數(shù)控車床主軸的結構特點。討論了軸承類型，軸承預緊，軸承配合，潤滑方式，隔套等主要零件的設計方法與注意事項。

關鍵詞：數(shù)控車床;速度型;車床主軸

引言

近年來，隨著裝備制造業(yè)的不斷發(fā)展，機床的性能和檔次也在不斷的提升。主軸作為數(shù)控車床最重要的部件之一，直接關系到機床的整體性能，和被加工零件的精度和質量。因此主軸的結構和精度也是客戶最關注的方面之一，下面把在數(shù)控車床上所采用的速度型主軸結構作一個簡單的分析和介紹。

圖一：主軸結構

1.性能參數(shù)

該主軸結構經過與日本NSK軸承公司的反復確認核實，通過模擬實驗得出如下數(shù)據(jù)（見表一）：在最高轉速2500r/min，無載荷的情況下運轉可以超過20萬小時，外圈溫升15℃，內外圈溫差2℃，滿足設計要求。

表一：實驗數(shù)據(jù)

軸承型號 額定動

載荷

（N） 額定靜

載荷

（N） 允許軸

向載荷

（N） 預載荷

（N） 軸向

剛性

（N/μm） 徑向

剛性

（N/μm）

7038A5BTA

DBDMP4 505000 875000 262000 11000 1000 2450

7036CDB

MP4 370000 550000 175000 4200 300 1800

2.軸承的確定

主軸的最大允許轉速是由運轉過程中產生的熱量決定的，而熱量的產生又受到軸承類型，軸承尺寸，軸承預緊，外部載荷，潤滑條件，配件精度和主軸箱結構等諸多因素的影響。從實際應用情況來看大部分熱量是由滾動軸承的摩擦產生，因此具有低摩擦系數(shù)的球軸承比較適合高速場合的應用。

3.潤滑方式的確定

常用的潤滑方式有兩種，一種是油脂潤滑，另一種是稀油潤滑。油脂潤滑優(yōu)點是結構設計簡單，由于油脂本身的特性有助于防止污染無和濕氣進入軸承。并且可以在一段時間內免維護。缺點是在高速情況下油脂易老化，壽命短，而且不能把熱量帶走。采用循環(huán)稀油潤滑可以及時把產生的熱量帶走，能夠保證主軸系統(tǒng)的低工作溫度，從而確保主軸的精度。但是，循環(huán)油潤滑結構相對復雜。要控制潤滑油的速度，流量和粘度，并且要對油進行過濾，對循環(huán)系統(tǒng)進行定期維護確保潤滑油的清潔。綜合兩種潤滑方式的優(yōu)點與缺點，圖中結構采用了循環(huán)油潤滑來最大限度的來降低溫升對主軸性能的影響。

4.游隙與預緊量的確定

對主軸軸承施加預緊，有很多好處，可以減小軸承的游隙，提高主軸的旋轉精度，提高主軸的剛性和抑制主軸的震動與噪音。但同時也增大了摩擦，增加發(fā)熱量，因此施加的預緊量要特別注意。如果預緊量過大會引起軸承發(fā)熱量異常增加，甚至引起軸承燒傷或者剝落損壞。因此游隙和預緊量要根據(jù)所需要的轉速和剛性與軸承廠商反復確認。圖中的結構經過多次的與軸承廠進行溝通，確定采用的是M預壓對兩組軸承分別采用定位預壓的預緊方式進行預緊。在滿足轉速和精度的前提下達到最大剛度。

5.軸承與主軸和箱體的配合

車床主軸軸承屬于外圈固定載荷，內圈旋轉載荷的使用方式。這類軸承通常內圈與主軸采用過盈配合，外圈與主軸箱之間采用間隙配合。主軸軸徑與箱體孔的公差可以根據(jù)軸承的內徑與外徑公差來確定。但是這樣會使配合的公差帶較寬，有可能導致軸承預緊量和游隙的變化較大，因此，圖中的結構采用的是根據(jù)軸承內徑與外徑的實際測量尺寸來加工主軸直徑和箱體孔的辦法，這樣可以很好的保證主軸箱裝配后的高精度。

6.主軸的密封

車床的主軸密封通常有兩種。一種是接觸式密封，在配置了精密軸承的主軸箱中很少采用，因為接觸式密封的發(fā)熱量大。僅在速度較低和溫度升高對主軸工作沒有重大影響的場合，另外一種是非接觸式密封，這種密封雖然結構復雜，制造困難，但是因為密封性能良好，污染物和切削液難以進入軸承而被廣泛采用。

7.隔套的設計

在圖中的結構中每一組軸承之間都有一組隔套，這樣一方面增加了軸承的作用點，對提高主軸抗彎能力很有利。另一方面來說增強了潤滑的效果。值得一提的是同一組內外隔套的寬度尺寸的一致性要嚴格保證，否則會影響軸承的預載荷。

8.總結

主軸箱作為數(shù)控車床最重要的部件之一，結構也有很多種，每一種結構都有它的優(yōu)點和缺點，很多因素都直接或間接的影響到主軸箱的整體性能。要綜合考慮受力，切削條件，環(huán)境等因素的影響，才能設計，制造出滿足要求的主軸。

參考文獻：

[1]機床設計手冊編委會.機械設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.8

[2]戴曙主編.金屬切削機床設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1981