R0=530×
D?dL344
式中 R0 -刚度值(N/μm),其下限值250 N/μm,精密机床的R0 值为500 N/μm;
D-主轴平均外径(mm);
d-主轴平均内径，即中空轴平均内径(mm); L-主轴轴承支承跨距(mm)。
图1-31车床主轴结构
图1-32 TH6350加工中心主轴结构
1-刀柄 2-拉钉 3-主轴 4-拉杆 5-碟形弹簧 6-活塞 7-液压缸 8、10-行程开关9-压缩空气管接头11-弹簧12-钢球13-端面键
1.6、主轴部件的支承
机床主轴带着刀具或夹具在支承中作回转运动，应能传递切削转矩承受切削抗力，并保证必要的旋转精度。机床主轴多采用滚动轴承作为支承，对于精度要求高的主轴则采用动压或静压滑动轴承作为支承。下面着重介绍主轴部件所用的滚动轴承。 1.6.1主轴部件常用滚动轴承的类型
如图1-33所示为主轴常用的几种滚动轴承。
图1-33a为锥孔双列圆柱滚子轴承，内圈为1:12的锥孔，当内圈沿锥形轴颈轴向移动时，内圈胀大以调整滚道的问隙。滚子数目多，两列滚子交错排列，因而承载能力大，刚性好，允许转速高。它的内、外圈均较薄，因此，要求主轴颈与箱体孔均有较高的制造精度，以免轴颈与箱体孔的形状误差使轴承滚道发生畸变而影响主轴的旋转精度。该轴承只能承受径向载荷。
图1-33b是双列推力角接触球轴承，接触角为60°，球径小，数目多，能承受双向轴向载荷。磨薄中间隔套，可以调整间隙或预紧，轴向刚度较高，允许转速高。该轴承一般与双列圆柱滚子轴承配套用作主轴的前支承，并将其外圈外径作成负偏差，保证只承受轴向载荷。
图1-33c是双列圆锥滚子轴承，它有一个公用外圈和两个内圈，由外圈的凸肩在箱体上进行轴向定位，箱体孔可以镗成通孔。磨薄中间隔套可以调整间隙或预紧，两列滚子的数目相差一个，能使振动频率不一致，明显改善了轴承的动态性。这种轴承能同时承受径向和轴
向载荷，通常用作主轴的前支承。
图1-33d为带凸肩的双列圆柱滚子轴承，结构上与图c相似，可用作主轴前支承。滚子作成空心的，保持架为整体结构，充满滚子之间的间隙，润滑油由空心滚子端面流向挡边摩擦处，可有效地进行润滑和冷却。空心滚子承受冲击载荷时可产生微小变形，能增大接触面积并有吸振和缓冲作用。图1-33e为带预紧弹簧的圆锥滚子轴承，弹簧数目为16-20根，均匀增减弹簧可以改变预加载荷的大小。
1.6.2滚动轴承的精度
主轴部件所用滚动轴承的精度有高级E、精密级D、特精级c和超精级B。前支承的精度一般比后支承的精度高一级，也可以用相同的精度等级。普通精度的机床通常前支承取c、D级，后支承用D、E级。特高精度的机床前后支承均 用B级精度。
图1-33主轴常用的滚动轴承
1.6.3主轴滚动轴承的配置
在实际应用中，数控机床主轴轴承常见的配置有下列三种形式，如图1-34所示。 如图1-34a所示的配置形式能使主轴获得较大的径向和轴向刚度，可以满足机床强力切削的要求，普遍应用于各类数控机床的主轴，如数控车床、数控铣床、加工中心等。这种配置的后支承也可用圆柱滚子轴承，进一步提高后支承径向刚度。
图1-34数控机床主轴轴承配置形式
如图1-34b所示的配置没有如图1-34a所示的主轴刚度大，但这种配置提高了主轴的转速，适合主轴要求在较高转速下工作的数控机床。目前，这种配置形式在立式、卧式加工中心机床上得到广泛应用，满足了这类机床转速范围大、最高转速高的要求。为提高这种形式配置的主轴刚度，前支承可以用四个或更多个的轴承相组配，后支承用两个轴承相组配。 如图1-34c所示的配置形式能使主轴承受较重载荷(尤其是承受较强的动载荷)，径向和轴向刚度高，安装和调整性好。但这种配置相对限制了主轴最高转速和精度，适用于中等精度、低速与重载的数控机床主轴。 为提高主轴组件刚度，数控机床还常采用三支承主轴组件。尤其是前后轴承间跨距较大
的数控机床，采用辅助支承可以有效地减少主轴弯曲变形。三支承主轴结构中，一个支承为辅助支承，辅助支承可以选为中间支承，也可以选为后支承。辅助支承在径向要保留必要的游隙，避免由于主轴安装轴承处轴径和箱体安装轴承处孔的制造误差(主要是同轴度误差)造成的干涉。辅助支承常采用深沟球轴承。
液体静压轴承和动压轴承主要应用在主轴高转速、高回转精度的场合，如应用于精密、超精密数控机床主轴，数控磨床主轴。对于要求更高转速的主轴，可以采用空气静压轴承，这种轴承可达每分钟几万转的转速，并有非常高的回转精度。
1.6.4主轴滚动轴承的预紧
所谓轴承预紧，就是使轴承滚道预先承受一定的载荷，不仅能消除问隙而且还使滚动体与滚道之间发生一定的变形，从而使接触面积增大，轴承受力时变形减少，抵抗变形的能力增大。因此，对主轴滚动轴承进行预紧和合理选择预紧量，可以提高主轴部件的旋转精度、刚度和抗振性，机床主轴部件在装配时要对轴承进行预紧，使用一段时间以后，问隙或过盈有了变化，还得重新调整，所以要求预紧结构便于进行调整。滚动轴承间隙的调整或预紧，通常是使轴承内、外圈相对轴向移动来实现的。常用的方法有以下几种。
1.轴承内圈移动 如图1-35所示，这种方法适用于锥孔双列圆柱滚子轴承。用螺母通过套筒推动内圈在锥形轴颈上作轴向移动，使内圈变形胀大，在滚道上产生过盈，从而达到预紧的目的。图a的结构简单，但预紧量不易控制，常用于轻载机床主轴部件。图b用右端螺母限制内圈的移动量，易于控制预紧量。图。在主轴凸缘上均布数个螺钉以调整内圈的移动量，调整方便，但是用几个螺钉调整，易使垫圈歪斜。图d将紧靠轴承右端的垫圈做成两个半环，可以径向取出，修磨其厚度可控制预紧量的大小，调整精度较高，调整螺母一般采用细牙螺纹，便于微量调整，而且在调好后要能锁紧防松。
图1-35轴承内圈移动
2.修磨座圈或隔套 图1-36a为轴承外圈宽边相对(背对背)安装，这时修磨轴承内圈的内侧；图1-36b为外圈窄边相对(面对面)安装，这时修磨轴承外圈的窄边。在安装时按图示的相对关系装配，并用螺母或法兰盖将两个轴承轴向压拢，使两个修磨过的端面贴紧，这样在两个轴承的滚道之间产生预紧。另一种方法是将两个厚度不同的隔套放在两轴承内、外圈之间，同样将两个轴承轴向相对压紧，使滚道之间产生预紧，如图1-37a、b所示。
图1-36修磨座圈 图1-37 隔套的应用
1.6.5主轴的材料和热处理
主轴材料可根据强度、刚度、耐磨性、载荷特点和热处理变形大小等因素来选择。主轴刚度与材质的弹性模量E有关。无论是普通钢还是合金钢其E值基本相同。因此，对于一
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般要求的机床其主轴可用价格便宜的中碳钢、45钢，进行调质处理后硬度为22～28HRC；当载荷较大或存在较大的冲击时，或者密机床的主轴为减少热处理后的变形，或者需要作轴向移动的主轴为了减少它的磨损时，则可选用合金钢。常用的合金钢有40Cr进行淬硬硬度达到40～50HRC，或者用2Cr进行渗碳淬硬使硬度达到56～62HRC。某些高精度机床的主轴材料则选用38CrMoAl进行氮化处理，使硬度达到850～1000HV。 1.6.6主轴的润滑与冷却
主轴轴承润滑和冷却是保证主轴正常工作的必要手段。为了尽可能减少主轴部件温升引起的热变形对机床工作精度的影响，通常利用润滑油循环系统把主轴部件的热量带走，使主轴部件与箱件保持恒定的温度，在某些数控机床上，
采用专用的冷却装置，控制主轴箱温升。有些主轴轴承用高级油脂润滑，每加一次油脂可以使用7～10年。对于某些主轴要采用油气润滑、喷注润滑和突入滚道润滑等措施，以保证在高速时正常冷却润滑效果。 1.7主轴准停装置
1.7.1概述
主轴准停功能又称主轴定向功能(Spindle Specified Position Stop)，即当主轴停止时，控制其停于固定的位置，这是自动换刀所必须的功能。在自动换刀的数控镗铣加工中心上，切削转矩通常是通过刀杆的端面键来传递的。这就要求主轴具有准确定位于圆周上特定角度的功能，见图1-38。当加工阶梯孔或精镗孔后退刀时，为防止刀具与小阶梯孔碰撞或拉毛已精加工的孔表面，必须先让刀，后再退刀，而要让刀，刀具必须具有准确功能，如图1-39所示
图1-38主轴准停示意图 图1-39 主轴准停镗背孔示意图
主轴准停可分为机械准停与电气准停，它们的控制过程是一样的，如图1-40所示。 1.机械准停
图1-41为典型的端面螺旋凸轮准停装置。在主轴1上固定有一个定位滚子2，主轴上空套有一个双向端面凸轮3，该凸轮和液压缸5中活塞杆4相连接，当活塞带动凸轮3向下移动时(不转动)，通过拨动定位滚子2并带动主轴转动，当定位销落入端面凸轮的V形槽内，便完成了主轴准停。因为是双向端面凸轮，所以能从两个方向拨动主轴转动以实现准停。这种双向端面凸轮准停机构，动作迅速可靠，但是凸轮制造较复杂。
机械准停还有其他实现方式，但基本原理是一样的。
2.电气准停控制
目前国内外中高档数控系统均采用电气准停控制，采用电气准停控制有如下优点：
(1) 简化机械结构与机械准停相比，电气准停只需在主轴旋转部件和固定部件上安装传
感器即可。