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数控机床主轴是主轴部件的重要组成部分。结构尺寸开关、制造精度、材料和热处理对整个主轴部件甚至主传动系统的工作性能都有很大的影响。数控机床主轴的上述设计参数随机床的不同和主传动系统的不同设计要求而不同。

数控机床主轴的结构设计主要考虑主轴平均直径、主轴内孔直径、悬挑长度和支承跨度。主轴上装有各种零件。由于装配的需要，主轴直径通常由前到后或由中到两端减小，形成阶梯状。

（1）数控机床主轴平均直径。主轴直径包括三个参数：主轴前轴直径、后轴直径和平均主轴直径。主轴的平均直径对主轴部件有很大的影响。主轴平均直径越大，刚度越高，主轴本身弯曲变形引起的轴端位移越小。但是，主轴的平均直径越大，主轴箱的结构尺寸越大，轴承和轴上零件的尺寸也越大。主轴直径的实际尺寸应在主轴部件的结构设计期间确定。在满足主轴刚度的条件下，直径应较小。在设计中还应注意前后轴直径的差异，尽量提高技术性能。

（2）数控机床主轴内孔直径。主轴内孔与机床类型有关，主要用于通棒料、拉杆、镗杆或顶出。主轴孔径越大，通过棒料的直径越大，机床的加工范围越宽，主轴部件越轻。主轴的孔径主要受主轴姿态的限制。当主轴直径与主轴平均直径之比小于0.3时，内孔对主轴刚度影响不大。当比值为0.5时，空心轴的刚度约为相同直径实心轴刚度的90%。当比值为0.7时，刚度削弱量约为25%。当比值大于0.7时，空心主轴的姿态会急剧下降。一般来说，理想的比率是0.5左右。

（3）数控机床主轴伸出长度。主轴悬垂长度是主轴前支架中心点之间的距离。悬垂长度的大小取决于主轴端部的结构形式和尺寸，轴承的配置和支承前的密封装置，有些与机床的参数有关，如工作台的配置。主轴的悬挑长度对主轴有很大的影响。主轴伸出长度越短，其刚度越高。因此，确定悬挑长度的原则是在满足结构要求的前提下，尽量取较小的值。

（4）数控机床主轴支撑跨距。主轴支承跨度是指主轴支承点和反作用点之间的距离。确定主轴的轴承跨距是获得主轴总成最大静态姿态的重要条件之一。主轴的最佳支承跨距使主轴总成的前位移最小化。

（5）数控机床主轴端部结构。主轴的末端是主轴和工件或刀具的组合。要求工装夹具定位精度高，定位刚度好，装卸方便，主轴悬垂小。开关的结构取决于机床类型和夹具（或刀具）的开关。由于夹具和工具已经标准化，通用机床主轴端的形状和尺寸也已经标准化。

（6）数控机床主轴材料及热处理。对于普通机床，确定主轴材料及其热处理的主要依据是主轴的轴承要求、耐磨性、负荷特性。主轴材料选用钢材，特别是廉价中碳钢（如45钢）。当负荷特别大或有较大冲击时，或精密机床主轴需要减少热处理后的变形，选用合金钢。主轴常用的热处理方法有高挂、渗氮和热处理。