簡(jiǎn)介

機(jī)械主軸指的是機(jī)床上帶動(dòng)工件或刀具旋轉(zhuǎn)的軸。通常由主軸、軸承和傳動(dòng)件（齒輪或帶輪）等組成主軸部件。在機(jī)器中主要用來(lái)支撐傳動(dòng)零件如齒輪、帶輪，傳遞運(yùn)動(dòng)及扭矩，如機(jī)床主軸；有的用來(lái)裝夾工件，如心軸。除了刨床、拉床等主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床外，大多數(shù)機(jī)床都有主軸部件。主軸部件的運(yùn)動(dòng)精度和結(jié)構(gòu)剛度是決定加工質(zhì)量和切削效率的重要因素 [1] 。

性能指標(biāo)

衡量主軸部件性能的指標(biāo)主要是旋轉(zhuǎn)精度、剛度和速度適應(yīng)性。

1、旋轉(zhuǎn)精度：主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)在影響加工精度的方向上出現(xiàn)的徑向和軸向跳動(dòng)，主要決定于主軸和軸承的制造和裝配質(zhì)量。

2、動(dòng)、靜剛度：主要決定于主軸的彎曲剛度、軸承的剛度和阻尼。

3、速度適應(yīng)性：允許的最高轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速范圍，主要決定于軸承的結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑，以及散熱條件。

機(jī)械主軸保養(yǎng)

降低軸承的工作溫度，經(jīng)常采用的辦法是潤(rùn)滑油。潤(rùn)滑方式有，油氣潤(rùn)滑方式、油液循環(huán)潤(rùn)滑兩種。在使用這兩種方式時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：

1、在采用油液循環(huán)潤(rùn)滑時(shí)，要保證主軸恒溫油箱的油量足夠充分。

2、油氣潤(rùn)滑方式剛好和油液循環(huán)潤(rùn)滑相反，它只要填充軸承空間容量的百分之十時(shí)即可。

循環(huán)式潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)是，在滿足潤(rùn)滑的情況下，能夠減少摩擦發(fā)熱，而且能夠把主軸組件的一部分熱量給以吸收。

對(duì)于主軸的潤(rùn)滑同樣有兩種放式：油霧潤(rùn)滑方式和噴注潤(rùn)滑方式。

歷史沿革

10世紀(jì)30年代以前，大多數(shù)機(jī)床的主軸采用單油楔的滑動(dòng)軸承。隨著滾動(dòng)軸承制造技術(shù)的提高，后來(lái)出現(xiàn)了多種主軸用的高精度、高剛度滾動(dòng)軸承。這種軸承供應(yīng)方便，價(jià)格較低，摩擦系數(shù)小，潤(rùn)滑方便，并能適應(yīng)轉(zhuǎn)速和載荷變動(dòng)幅度較大的工作條件，因而得到廣泛的應(yīng)用。但是滑動(dòng)軸承具有工作平穩(wěn)和抗振性好的優(yōu)點(diǎn),特別是各種多油楔的動(dòng)壓軸承，在一些精加工機(jī)床如磨床上用得很多。50年代以后出現(xiàn)的液體靜壓軸承，精度高，剛度高，摩擦系數(shù)小，又有良好的抗振性和平穩(wěn)性，但需要一套復(fù)雜的供油設(shè)備，所以只用在高精度機(jī)床和重型機(jī)床上。氣體軸承高速性能好,但由于承載能力小，而且供氣設(shè)備也復(fù)雜，主要用于高速內(nèi)圓磨床和少數(shù)超精密加工機(jī)床上。70年代初出現(xiàn)的電磁軸承，兼有高速性能好和承載能力較大的優(yōu)點(diǎn)，并能在切削過(guò)程中通過(guò)調(diào)整磁場(chǎng)使主軸作微量位移，以提高加工的尺寸精度，但成本較高，可用于超精密加工機(jī)床 [2] 。

主要功能

1、 保證支承剛性；

2、保證回轉(zhuǎn)精度（徑向跳動(dòng)精度、及軸向竄動(dòng)精度）；

3、連接作用（卡盤、花盤）；

4、內(nèi)錐及端面的耐磨性（硬度要求）；

5、對(duì)主軸組件的靜平衡、及動(dòng)平衡。

機(jī)械主軸常識(shí)

油霧、油氣潤(rùn)滑采用的油品一般為32號(hào)汽輪機(jī)油。油潤(rùn)滑的機(jī)床主軸開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)之前應(yīng)開(kāi)啟油霧或油氣潤(rùn)滑系統(tǒng)，主軸停機(jī)后再關(guān)閉潤(rùn)滑系統(tǒng)。水冷卻是主軸冷卻的常用方式，要求冷卻水有一定的防銹功能，必要時(shí)要求對(duì)冷卻水進(jìn)行適當(dāng)過(guò)濾，在主軸運(yùn)轉(zhuǎn)之前應(yīng)開(kāi)啟冷卻系統(tǒng)對(duì)主軸開(kāi)始冷卻。機(jī)床主軸可以降速使用，但必須按電機(jī)的設(shè)計(jì)特性曲線調(diào)整相應(yīng)的輸入電壓（變頻器輸出）參數(shù)。采用油霧或油氣潤(rùn)滑的主軸還需要保證壓縮空氣干燥潔凈。

主軸的參數(shù)不同，對(duì)變頻器的要求也不同。選擇變頻器要與機(jī)床主軸的參數(shù)相匹配，其中變頻器額定電流至少為機(jī)床主軸的1.3倍，最好在1.5倍以上。主軸常用的潤(rùn)滑方式有三種：油脂、油霧和油氣。油脂潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便、綠色環(huán)保；油霧潤(rùn)滑可以適應(yīng)較高的轉(zhuǎn)速，應(yīng)用也最為廣泛，但它對(duì)環(huán)境有一定的影響；油氣潤(rùn)滑效果最好，可適應(yīng)更高的轉(zhuǎn)速，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，但油氣潤(rùn)滑裝置價(jià)格較高。

車床機(jī)械主軸

車床機(jī)械主軸(6張)

變速方式

無(wú)級(jí)變速

數(shù)控機(jī)床一般采用直流或交流主軸伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)主軸無(wú)級(jí)變速。

交流主軸電動(dòng)機(jī)及交流變頻驅(qū)動(dòng)裝置（籠型感應(yīng)交流電動(dòng)機(jī)配置矢量變換變頻調(diào)速系統(tǒng)），由于沒(méi)有電刷，不產(chǎn)生火花，所以使用壽命長(zhǎng)，且性能已達(dá)到直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的水平，甚至在噪聲方面還有所降低。因此，應(yīng)用較為廣泛。

主軸傳遞的功率或轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。當(dāng)機(jī)床處在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，主軸的轉(zhuǎn)速在437~3500r/min范圍內(nèi)，主軸傳遞電動(dòng)機(jī)的全部功率11kW，為主軸的恒功率區(qū)域Ⅱ（實(shí)線）。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，主軸的最大輸出扭矩（245N.m）隨著主軸轉(zhuǎn)速的增高而變小。主軸轉(zhuǎn)速在35~437r/min范圍內(nèi)，主軸的輸出轉(zhuǎn)矩不變，稱為主軸的恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域Ⅰ（實(shí)線）。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，主軸所能傳遞的功率隨著主軸轉(zhuǎn)速的降低而減小。電動(dòng)機(jī)超載（允許超載30min）時(shí)，恒功率區(qū)域和恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域。電動(dòng)機(jī)的超載功率為15kW，超載的最大輸出轉(zhuǎn)矩為334N.m。

分段無(wú)級(jí)變速

數(shù)控機(jī)床在實(shí)際生產(chǎn)中，并不需要在整個(gè)變速范圍內(nèi)均為恒功率。一般要求在中、高速段為恒功率傳動(dòng)，在低速段為恒轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)。為了確保數(shù)控機(jī)床主軸低速時(shí)有較大的轉(zhuǎn)矩和主軸的變速范圍盡可能大，有的數(shù)控機(jī)床在交流或直流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速，使之成為分段無(wú)級(jí)變速。

機(jī)械主軸加速器

機(jī)械主軸加速器的調(diào)速范圍從3.5到8倍不等，這取決于加速器的制造商。只有一個(gè)制造商提供的機(jī)械主軸加速器可以提高機(jī)器速度10倍，以40,000rpm最大的超速輸出2千瓦的功率。

主軸是加工中心的主要組成部分之一，因?yàn)樗脑O(shè)計(jì)直接影響到加工效率和工件質(zhì)量。因此，主軸設(shè)計(jì)（靜態(tài)和動(dòng)態(tài)剛度，軸的直徑，軸承，設(shè)計(jì)參數(shù)等）已得到了深入研究。機(jī)床主軸加速器的性能主要取決與為所需的速度和動(dòng)力傳動(dòng)比的優(yōu)化設(shè)計(jì)。尤其是，兩個(gè)因素必須考慮，因?yàn)樗鼈冊(cè)谥鬏S調(diào)速裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)方面非常重要，這兩個(gè)因素是最小的體積和最小的傳輸動(dòng)能。

為了減輕重量，主軸調(diào)速裝置的體積必須要最小化，并且不能減少機(jī)床操作所需的空間。但是，同樣，機(jī)械主軸加速器必須要為長(zhǎng)期的生產(chǎn)工作而設(shè)計(jì)，因此，傳輸動(dòng)能必須最少以確保最佳的性能。

主軸調(diào)速裝置的設(shè)計(jì)導(dǎo)致了基于行星齒輪序列（PGTs）的傳動(dòng)裝置的使用，因?yàn)樾行驱X輪序列PGTs提供了一個(gè)非常緊湊、高效的解決方案（減少了普通齒輪序列的重量和尺寸），它的速率高，效率高。PGTs還用在許多配備了汽車變速箱的機(jī)器設(shè)備中，從而延長(zhǎng)了機(jī)床低速主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)的恒功率范圍 [3]