3.2CNC加工中心主軸材料的選擇及熱處理

主軸材料的選擇主要根據(jù)剛度、 載荷情況、 耐磨性、 熱處理變形大小等因素確定。 CNC加工中心主軸的剛度大小與材料的彈性模量 E有關(guān)，鋼的 E 值較大（E=2.1 107N/cm2左右），所以主軸材料首先考慮鋼材。 而且鋼的彈性模量E的數(shù)值與鋼的種類和熱處理方式無關(guān)。因此在選擇鋼材時(shí)應(yīng)首先選用價(jià)格便宜的中碳鋼（如45鋼） 。只有在高載荷和大沖擊或者減少材料變形以及需要高強(qiáng)度耐磨性時(shí)，才考慮選擇合金鋼。

當(dāng)CNC加工中心主軸軸承采用滾動(dòng)軸承時(shí)，軸頸可以不淬硬，但為了提高接觸剛度，防止敲碰損傷軸頸的配合表面，不少 45 鋼主軸軸頸仍進(jìn)行高頻淬火（48HRC 54HRC ） 。當(dāng)采用滑動(dòng)軸承時(shí)，為減少磨損，軸頸表面必須有很高的硬度。因此通常在軸頸處進(jìn)行高頻淬火；對(duì)大直徑主軸（ 350 400mm）也可用火焰淬火來提高其表面硬度；對(duì)手較大沖擊的主軸，可用 15 或 20 鋼，并在軸頸表面滲碳、淬火及回火。主軸材料常采用的有 45 鋼、GCr15等，需經(jīng)滲氮和感應(yīng)加熱淬火。

3.3CNC加工中心主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.3.1初選主軸直徑

（1）主軸直徑。主軸直徑越大，其剛度越高，但使得軸承和軸上其他零件的尺寸相應(yīng)增大。軸承的直徑越大，同等級(jí)精度軸承的公差值也越大，要保證主軸的旋轉(zhuǎn)精度就越困難。[2]

（2）主軸內(nèi)孔直徑。主軸的內(nèi)孔直徑用于通過刀具夾緊裝置固定刀具、 傳動(dòng)氣動(dòng)或液壓卡盤等。主軸孔徑越大，主軸部件的相對(duì)重量也越輕。主軸的孔徑大小主要受主軸剛度的制約。[2]

3.3.2 CNC加工中心主軸懸伸量 a的確定

主軸懸伸量 a 是指主軸前支承徑向支反力的作用點(diǎn)到主軸前端面之間的距離，見圖3。 它對(duì)主軸組件剛度影響較大。 根據(jù)分析和實(shí)驗(yàn)，縮短懸伸量可以顯著提高主軸組件的剛度和抗振性。因此，設(shè)計(jì)時(shí)在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，盡量縮短懸伸量a。

3.3.3 主軸最佳跨距L的選擇

主軸的支承跨距L。主軸前支承點(diǎn)至主軸后支承點(diǎn)之間的距離稱為跨距L， 見圖3。主軸組件的支承跨距對(duì)主軸本身剛度和對(duì)支承剛度有著很大的影響。

淺談CNC加工中心機(jī)械主軸的構(gòu)造設(shè)計(jì)及其進(jìn)步

跨距L對(duì)綜合剛度 K的影響不是單向的。如L較大，則主軸變形較大；如 L較小，則軸承的變形對(duì)主軸前端的位移影響較大。所以， L有一個(gè)最佳值， L太大或太小，都會(huì)降低綜合剛度。主軸的支承跨距存在著最佳跨距 L0， 可使主軸組件前端位移最小。主軸組件由于受結(jié)構(gòu)限制以及保證主軸組件的重心落在兩支承之間，實(shí)際的支承可大于最佳的支承跨距。

為了確定最佳跨距L0 和前懸伸a之比L0/a，可先求出