簡介

機械主軸指的是機床上帶動工件或刀具旋轉(zhuǎn)的軸。通常由主軸、軸承和傳動件（齒輪或帶輪）等組成主軸部件。在機器中主要用來支撐傳動零件如齒輪、帶輪，傳遞運動及扭矩，如機床主軸；有的用來裝夾工件，如心軸。除了刨床、拉床等主運動為直線運動的機床外，大多數(shù)機床都有主軸部件。主軸部件的運動精度和結(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

衡量主軸部件性能的指標主要是旋轉(zhuǎn)精度、剛度和速度適應性。

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

2、動、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)和潤滑，以及散熱條件。

機械主軸保養(yǎng)

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

1、在采用油液循環(huán)潤滑時，要保證主軸恒溫油箱的油量足夠充分。

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

循環(huán)式潤滑的優(yōu)點是，在滿足潤滑的情況下，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。

對于主軸的潤滑同樣有兩種放式：油霧潤滑方式和噴注潤滑方式。

歷史沿革

10世紀30年代以前，大多數(shù)機床的主軸采用單油楔的滑動軸承。隨著滾動軸承制造技術(shù)的提高，后來出現(xiàn)了多種主軸用的高精度、高剛度滾動軸承。這種軸承供應方便，價格較低，摩擦系數(shù)小，潤滑方便，并能適應轉(zhuǎn)速和載荷變動幅度較大的工作條件，因而得到廣泛的應用。但是滑動軸承具有工作平穩(wěn)和抗振性好的優(yōu)點,特別是各種多油楔的動壓軸承，在一些精加工機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，但需要一套復雜的供油設(shè)備，所以只用在高精度機床和重型機床上。氣體軸承高速性能好,但由于承載能力小，而且供氣設(shè)備也復雜，主要用于高速內(nèi)圓磨床和少數(shù)超精密加工機床上。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，并能在切削過程中通過調(diào)整磁場使主軸作微量位移，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（徑向跳動精度、及軸向竄動精度）；

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、對主軸組件的靜平衡、及動平衡。

機械主軸常識

油霧、油氣潤滑采用的油品一般為32號汽輪機油。油潤滑的機床主軸開始運轉(zhuǎn)之前應開啟油霧或油氣潤滑系統(tǒng)，主軸停機后再關(guān)閉潤滑系統(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，必要時要求對冷卻水進行適當過濾，在主軸運轉(zhuǎn)之前應開啟冷卻系統(tǒng)對主軸開始冷卻。機床主軸可以降速使用，但必須按電機的設(shè)計特性曲線調(diào)整相應的輸入電壓（變頻器輸出）參數(shù)。采用油霧或油氣潤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，對變頻器的要求也不同。選擇變頻器要與機床主軸的參數(shù)相匹配，其中變頻器額定電流至少為機床主軸的1.3倍，最好在1.5倍以上。主軸常用的潤滑方式有三種：油脂、油霧和油氣。油脂潤滑結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、綠色環(huán)保；油霧潤滑可以適應較高的轉(zhuǎn)速，應用也最為廣泛，但它對環(huán)境有一定的影響；油氣潤滑效果最好，可適應更高的轉(zhuǎn)速，對環(huán)境無污染，但油氣潤滑裝置價格較高。

車床機械主軸

車床機械主軸(6張)

變速方式

無級變速

數(shù)控機床一般采用直流或交流主軸伺服電動機實現(xiàn)主軸無級變速。

交流主軸電動機及交流變頻驅(qū)動裝置（籠型感應交流電動機配置矢量變換變頻調(diào)速系統(tǒng)），由于沒有電刷，不產(chǎn)生火花，所以使用壽命長，且性能已達到直流驅(qū)動系統(tǒng)的水平，甚至在噪聲方面還有所降低。因此，應用較為廣泛。

主軸傳遞的功率或轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。當機床處在連續(xù)運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，主軸的轉(zhuǎn)速在437~3500r/min范圍內(nèi)，主軸傳遞電動機的全部功率11kW，為主軸的恒功率區(qū)域Ⅱ（實線）。在這個區(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（實線）。在這個區(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。電動機超載（允許超載30min）時，恒功率區(qū)域和恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域。電動機的超載功率為15kW，超載的最大輸出轉(zhuǎn)矩為334N.m。

分段無級變速

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

機械主軸加速器

機械主軸加速器的調(diào)速范圍從3.5到8倍不等，這取決于加速器的制造商。只有一個制造商提供的機械主軸加速器可以提高機器速度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，因為它的設(shè)計直接影響到加工效率和工件質(zhì)量。因此，主軸設(shè)計（靜態(tài)和動態(tài)剛度，軸的直徑，軸承，設(shè)計參數(shù)等）已得到了深入研究。機床主軸加速器的性能主要取決與為所需的速度和動力傳動比的優(yōu)化設(shè)計。尤其是，兩個因素必須考慮，因為它們在主軸調(diào)速裝置的優(yōu)化設(shè)計方面非常重要，這兩個因素是最小的體積和最小的傳輸動能。

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

主軸調(diào)速裝置的設(shè)計導致了基于行星齒輪序列（PGTs）的傳動裝置的使用，因為行星齒輪序列PGTs提供了一個非常緊湊、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器設(shè)備中，從而延長了機床低速主軸驅(qū)動電機的恒功率范圍 [3]