随着市场上产品更新换代的加快和对零件精度提出更高的要求，传统机床已不能满足要求。数控机床由于众多的优点已成为现代机床发展的主流方向。它的发展代表了一个国家设计、制造的水平，在国内外都受到高度重视。主轴是加工中心的关键部位，其结构优劣对加工中心的性能有很大的影响，因此，在设计的过程中要多加注意。主轴前后的受力不同，故要选用不同的轴承。

　　主轴的设计要求

　　(1)旋转精度：主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷，低转速的条件下，主轴前端工件或刀具部位的径向跳动和轴向跳动。

　　主轴组件的旋转精度主要取决于各主要件，如主轴、轴承、箱体孔的的制造，装配和调整精度。还决定于主轴转速，支撑的设计和性能，润滑剂及主轴组件的平衡。

　　通用(包括数控)机床的旋转精度已有标准规定可循。

　　(2)静刚度：主轴组件的静刚度(简称刚度)反映组件抵抗静态外载荷变形的能力。影响主轴组件弯曲刚度的因素很多，如主轴的尺寸和形状，滚动轴承的型号，数量，配置形式和预紧，前后支撑的距离和主轴前端的悬伸量，传动件的布置方式，主轴组件的制造和装配质量等。

　　各类机床主轴组件的刚度目前尚无统一的标准。

　　(3)抗振性：主轴组件工作时产生震动会降低工件的表面质量和刀具耐用度，缩短主轴轴承寿命，还会产生噪声影响环境。

　　振动表现为强迫振动和自激振动两种形式。

　　影响抗振性的因素主要有主轴组件的静刚度，质量分布和阻尼(特别是主轴前支撑的阻尼)，主轴的固有频率应远大于自激振动的频率，以使它不易发生共振。

　　目前，尚未制定出抗振性的指标，只有一些实验数据可供设计时参考。

　　(4)温升和热变形：主轴组件工作时因各相对运动处的摩擦和搅油等而发热，产生温升，从而使主轴组件的形状和位置发生变化(热变形)。

　　主轴组件受热伸长，使轴承间隙发生变化。温度使润滑油粘度降低，降低了轴承的承载能力。主轴箱因温升而变形，使主轴偏离正确位置。前后轴承的温度不同，还会导致主轴轴线倾斜。

　　由于受热膨胀是材料固有的性质，因此高精度机床要进一步提高加工精度，往往受热变形的限制。研究如何减少主轴组件的发热，如何控制温度，是高精度机床主轴组件的研究的主要课题之一。

　　(5)耐磨性：主轴组件的耐磨性是指长期保持原始精度的能力，即精度保持性。对精度有影响的首先是轴承，其次是安置刀，夹具和工件的部位，如锥孔，定心轴径等。

　　为了提高耐磨性，一般机床主轴上的上述部分应淬硬至HRC60左右，深约1mm.

　　(6)材料和热处理：主轴承载后允许的弹性变形很小，引起的应力通常远远小于钢的强度极限。因此，强度一般不做为选材的依据。

　　主轴的形状，尺寸确定之后，刚度主要取决于材料的弹性模量。各种材料的弹性模量几乎相同，因此刚度也不是选材的依据。

　　主轴材料的选择主要根据耐磨性和热处理变形来考虑。普通机床的材料通常是45号或60号优质中碳钢，数控机床需调质处理和淬火。

　　数控机床的主轴结构改进

　　数控机床设计中，如何设计主轴结构对数控机床的运行来说十分重要。主轴设计中，结构设计是其中的首要问题，即在机床的主轴设计中，其结构设计是首先要解决的问题，且在加工与装配的过程中，工艺问题也是需要设计者考虑的设计因素。是机床主轴的设计中所普遍采用的结构。其中，轴承4、5、8支撑主轴1，主轴上的3个压块紧锁螺母3、7、9用来实现轴承的轴向定位。主轴的装配质量，主轴及其相关零件的加工精度等级、轴承的精度等级对主轴系统的精度起决定作用。主轴的双列圆锥滚子轴承4和主轴的外锥配合程度直接对轴承的工作精度造成影响，一般情况下，要求它们之间配合时的接触面积应大于75%。所以，为了达到要求，在购买轴承时，应对轴承的等级与品牌严格要求;且在设计时，将主轴的高度较高的两端的同轴度设置为0.005mm。而对相关零件，例如螺母3、7、9与隔套6的端面对主轴线的跳动为0.008mm以内。一般压块螺母在进行实际加工时，精度难以达到要求，使装配时，主轴精度很低，以至于需要反复调整圆螺母的松紧来达到要求，但是这种达标也仅仅是刚刚符合，很难做到精准。最终导致轴承偏紧，且精度、稳定性较差，安装的位置也不准确，出现游隙不均匀的现象。那么在机床运行时，就会出现噪声大、工作温度过高，震动严重，对工件的加工质量与轴承的寿命均造成不利的影响。用圆锥滚子轴承来代替原有轴承，可平稳的运行，并可承载的负荷较大，精度调整好后，可保持机床精度;高速与轻型机床的运行要求却不能很好的满足。

　　1.主轴;2.法兰盘;3.圆螺母;4.双列圆锥滚子轴承;5.球轴承;6.调整垫;7.圆螺母;8.双列圆锥滚子轴承;9.螺母

　　根据这种情况，需对机床主轴结构的设计做一定的改进，在原有的设计中，取消双列圆锥滚子轴承，将其替换为角接触球轴承，改善主轴装配与加工工艺。在新的设计中，由于取消了主轴两端的圆锥部分，使加工变得易于操作，且可保证主轴较高两端的同轴度，对压块紧锁螺母的加工，要求也可适度的降低。