機(jī)床主軸指的是機(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；有的用來裝夾工件，如心軸。
簡(jiǎn)介
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。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)（見形位公差），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)和潤滑，以及散熱條件。
結(jié)構(gòu)
隨著數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展，“復(fù)合、高速、智能、精密、環(huán)保”已成為當(dāng)今機(jī)床工業(yè)技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)。其中，高速加工可以有效地提高機(jī)床的加工效率、縮短工件的加工周期。這就要求機(jī)床主軸及其相關(guān)部件要適應(yīng)高速加工的需求。數(shù)控機(jī)床主軸軸承基本上限定在角接觸球軸承、圓柱滾子軸承、雙向推力角接觸球軸承和圓錐滾子軸承等四種結(jié)構(gòu)類型。
伴隨著數(shù)控機(jī)床主軸向高速化發(fā)展，陶瓷材料（主要指si3n4工程陶瓷）因具有密度小、彈性模量高、熱膨脹系數(shù)小、耐磨、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)良性能，從而成為制造高速精密軸承的理想材料。陶瓷軸承得到越來越廣泛的應(yīng)用，鑒于陶瓷材料的難加工性，精密陶瓷軸承多為滾動(dòng)體是陶瓷、內(nèi)外套圈仍由鉻鋼制造的混合陶瓷球軸承。
滾珠絲杠副作為精密、高效、靈敏的傳動(dòng)元件，除了應(yīng)采用高精度的絲杠、螺母和滾珠外，還應(yīng)注意選用軸向剛度高、摩擦力矩小、運(yùn)轉(zhuǎn)精度高的軸承。滾珠絲杠支承過去常用雙向推力角接觸球軸承、圓錐滾子軸承、滾針和推力滾子組合軸承、深溝球軸承和推力球軸承等。滾珠絲杠支承采用最多的是60°接觸角的單列推力角接觸球軸承，而且，精度等級(jí)也是以p4及其以上級(jí)為主。
機(jī)床用裝于一般傳動(dòng)軸上的滾動(dòng)軸承，其要求和選用與普通機(jī)械傳動(dòng)軸承相同，只需滿足強(qiáng)度和壽命要求，轉(zhuǎn)速不超過所規(guī)定的軸承極限轉(zhuǎn)速即可。
在通常情況下，我們所提到的機(jī)床軸承是指機(jī)床主軸軸承以及滾珠絲杠軸承，精密機(jī)床軸承則是指精度為p5及其p5以上級(jí)的主軸軸承和絲杠軸承。
機(jī)床主軸保養(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(shí)要注意以下幾點(diǎn)：
1、在采用油液循環(huán)潤滑時(shí)，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即可。
循環(huán)式潤滑的優(yōu)點(diǎn)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(duì)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。
新技術(shù)
新技術(shù)——電主軸所融合的技術(shù)
電主軸是最近幾年在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù)，它與直線電機(jī)技術(shù)、高速刀具技術(shù)一起，將會(huì)把高速加工推向一個(gè)新時(shí)代。電主軸是一套組件，它包括電主軸本身及其附件：電主軸、高頻變頻裝置、油霧潤滑器、冷卻裝置、內(nèi)置編碼器、換刀裝置。
電主軸所融合的技術(shù)：
高速軸承技術(shù)：電主軸通常采用復(fù)合陶瓷軸承，耐磨耐熱，壽命是傳統(tǒng)軸承的幾倍；有時(shí)也采用電磁懸浮軸承或靜壓軸承，內(nèi)外圈不接觸，理論上壽命無限；
高速電機(jī)技術(shù)：電主軸是電動(dòng)機(jī)與主軸融合在一起的產(chǎn)物，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子即為主軸的旋轉(zhuǎn)部分，理論上可以把電主軸看作一臺(tái)高速電動(dòng)機(jī)。關(guān)鍵技術(shù)是高速度下的動(dòng)平衡；
潤滑：電主軸的潤滑一般采用定時(shí)定量油氣潤滑；也可以采用脂潤滑，但相應(yīng)的速度要打折扣。所謂定時(shí)，就是每隔一定的時(shí)間間隔注一次油。所謂定量，就是通過一個(gè)叫定量閥的器件，精確地控制每次潤滑油的油量。而油氣潤滑，指的是潤滑油在壓縮空氣的攜帶下，被吹入陶瓷軸承。油量控制很重要，太少，起不到潤滑作用；太多，在軸承高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)因油的阻力而發(fā)熱。
冷卻裝置：為了盡快給高速運(yùn)行的電主軸散熱，通常對(duì)電主軸的外壁通以循環(huán)冷卻劑，冷卻裝置的作用是保持冷卻劑的溫度。
內(nèi)置脈沖編碼器：為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀以及剛性攻螺紋，電主軸內(nèi)置一脈沖編碼器，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的相角控制以及與進(jìn)給的配合。
自動(dòng)換刀裝置：為了應(yīng)用于加工中心，電主軸配備了自動(dòng)換刀裝置，包括碟形簧、拉刀油缸等；
高速刀具的裝卡方式：廣為熟悉的BT、ISO刀具，已被實(shí)踐證明不適合于高速加工。這種情況下出現(xiàn)了HSK、SKI等高速刀具。
高頻變頻裝置：要實(shí)現(xiàn)電主軸每分鐘幾萬甚至十幾萬轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，必須用一高頻變頻裝置來驅(qū)動(dòng)電主軸的內(nèi)置高速電動(dòng)機(jī)，變頻器的輸出頻率必須達(dá)到上千或幾千赫茲。
歷史沿革
20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)，并能在切削過程中通過調(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。
變速方式
無級(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，目前應(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。圖中虛線所示為電動(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)無級(jí)變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速，使之成為分段無級(jí)變速。
參考資料 >