加工中心主轴产品分析 

1、主轴组件零件分析 

一套完整的主轴组件离不开以下零件：端面键、刀柄、拉钉、主轴前端盖、拉杆、拉刀爪、前端轴承、主轴、隔环、主轴套、同步皮带和皮带轮、密封件、蝶形弹簧、拉刀气缸、撞块、行程开关、冷却系统、浮动退刀装置及紧固件。 

端面键、刀具、刀柄、拉钉、拉刀爪、轴承、同步皮带和皮带轮、蝶形弹簧、拉刀气缸、行程开关、紧固件已经标准化，所以主轴需要自己独立设计的就只有主轴前端盖、拉杆、主轴、隔环、主轴套、同步带轮内孔和结构可根据需要特制、撞块、冷却系统的布局，浮动退刀装置(其实就是一种卸荷装置。 

1.  主轴前端有7：24的锥孔，用于装夹BT40刀柄或刀杆，再用拉杆从主轴后端拉紧，主轴端面有一端面键．既可通过它传递刀具的扭矩，又可用于刀具的周向定位．相关标准见GB3837〃2—83机床工具7：24圆锥联结主轴端面键。 
2. 刀柄：GB10944.1-2006T自动换刀用7：24圆锥工具柄部— 40、45和50号柄 第1部分 尺寸及锥角公差；GB10944.2-2006T自动换刀用7：24 圆锥工具柄部 — 40、45和50号柄。

（3）拉钉：GB10945.1-2006-T自动换刀用 7：24 圆锥工具柄部

-40、45和50号柄用拉钉 第1部分：尺寸及机械性能  GB/T 10945.2-2006自动换刀用7：24圆锥工具柄部。

1. 拉刀爪：刀杆尾部的拉紧机构分2大类：四瓣爪和钢球式      

（5）轴承：经查阅大量主轴相关资料及前面已介绍，主轴轴承采用的是角接触球轴承或双列圆柱滚子轴承（用于大中型卧式加工中心主轴和强力切削机床主轴），主轴轴承主轴采用轴承的内径为60，65，70（用于BT40型号），80，100（用于BT50型号）mm，台湾几家专业主轴厂家的主轴前轴承采用的德国FAG公司的高精度精密主轴轴承或（NSK）轴承或SKF轴承，且前后轴承精度等级都为P4级。 

（6）同步皮带和皮带轮

（7）蝶形弹簧 

（8）拉刀气缸

（9）行程开关

2、主轴： 

1、主轴主要尺寸参数：主轴的主要尺寸参数包括：主轴的直径、内孔直径、悬伸长度和支承跨距。评价和考虑主轴主要尺寸参数的依据是主轴的刚度、结构工艺性和主轴组件的工艺适用范围．主轴材料的选择主要根据刚度、载荷特点、耐磨性和热处理变形大小等因素确定。 

（1）.主轴直径  主轴直径越大，其刚度越高，但使得轴承和轴上其他零件的尺寸相应增大。轴承的直径越大，同等级精度轴承公差值就越大，要保证主轴的旋转精度就越困难。同时极限转速下降。主轴前支承轴颈的直径可根据主轴电动机功率初步选择。主轴后端支承轴颈的直径可以是0.7~0.8倍前支承轴颈值，实际尺寸要在主轴组件结构设计时确定。前、后轴颈的差值越小则主轴的刚度越高，工艺性能也越好。 

通过查阅相关资料，了解到BT40主轴的轴径为60—110，因为经对很多主轴公司样本查阅，发现大部分主轴采用轴承的内径为60，65，70（用于BT40型号），80，100（用于BT50型号）mm，而轴承是装在主轴上面的，考虑到轴肩结构，所以可推知主轴直径范围为55-110mm，具体数值可根据主轴型号确定。 

（2）.主轴内孔直径  主轴的内孔直径用于通过刀具夹紧装置固定刀具、传动气动或液压卡盘等，主轴孔径越大，主轴部件的相对重量也越轻。主轴孔径的大小主要受主轴刚度的制约。 

主轴直径确定了，根据以上要求可知主轴内孔直径一般为30—55mm。 

（3）.前悬伸a  主轴前支承点至主轴前端的距离a称为主轴的前端伸。主轴的前悬伸长度与主轴前端结构的形状尺寸，前轴承的类型、组合方式和轴承的润滑与密封有关，主轴的前悬伸长度对主轴的刚度影响较轴前悬伸长度越短，其刚度越高。因此，在进行结构设计时，应尽量缩短悬伸量为 a的取值范围为70—100mm,该值取多少，需经过理论和试验考证，所以只能考虑一个范围，该值是在BT40型号中的参数值，具体是多少可以根据结构在该范围内调整。 

(4).主轴的支承跨距 l  主轴前支承点至主轴后支撑点之间的距离称为跨距l，主轴组件的支承跨距对主轴本身刚度和对支承刚度有很大的影响。 

   主轴直径、内孔直径、悬伸长度及支承跨度

3、主轴的材料及热处理 

  评价和考虑主轴主要尺寸参数的依据是主轴的刚度、结构工艺性和主轴组件的工艺适用范围。主轴材料的选择主要根据刚度、载荷特点、耐磨性、热处理变形大小等因素确定。主轴的刚度与材料的弹性模量E有关，钢的E值较大，所以主轴材料首先考虑钢料。值得注意的是不论是普通钢或合金钢，其弹性模量基本相同。因此在选择钢料时应首先选用价格便宜的中碳钢（如45钢），只有在载荷特别重和有较大的冲击时，或者精密机床主轴需要减小热处理后的变形时，或者轴向移动的主轴需要保证其耐磨性时，才考虑用合金钢。国内加工中心主轴常用的材料及热处理。 

  主轴的精度直接影响到主轴组件的旋转精度。主轴、轴承等零件相连接处的表面几何形状误差和表面粗糙度，关系到接触刚度。零件接触表面形状越准确，表面粗糙度越小，则受力后的接触变形愈小，亦即接触刚度愈高。因此，对主轴设计必须提出一定的技术要求，它主要包括主轴各配件表面的尺寸公差、形位公差、表面粗糙度、表面硬度等内容，并应在主轴零件图上标注准确、合理。

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