隨著市場上產品更新換代的加快和對零件精度提出更高的要求，傳統機床已不能滿足要求。數控機床由于眾多的優點已成為現代機床發展的主流方向。它的發展代表了一個國家設計、制造的水平，在國內外都受到高度重視。主軸是加工中心的關鍵部位，其結構優劣對加工中心的性能有很大的影響，因此，在設計的過程中要多加注意。主軸前后的受力不同，故要選用不同的軸承。

　　主軸的設計要求

　　(1)旋轉精度：主軸的旋轉精度是指裝配后，在無載荷，低轉速的條件下，主軸前端工件或刀具部位的徑向跳動和軸向跳動。

　　主軸組件的旋轉精度主要取決于各主要件，如主軸、軸承、箱體孔的的制造，裝配和調整精度。還決定于主軸轉速，支撐的設計和性能，潤滑劑及主軸組件的平衡。

　　通用(包括數控)機床的旋轉精度已有標準規定可循。

　　(2)靜剛度：主軸組件的靜剛度(簡稱剛度)反映組件抵抗靜態外載荷變形的能力。影響主軸組件彎曲剛度的因素很多，如主軸的尺寸和形狀，滾動軸承的型號，數量，配置形式和預緊，前后支撐的距離和主軸前端的懸伸量，傳動件的布置方式，主軸組件的制造和裝配質量等。

　　各類機床主軸組件的剛度目前尚無統一的標準。

　　(3)抗振性：主軸組件工作時產生震動會降低工件的表面質量和刀具耐用度，縮短主軸軸承壽命，還會產生噪聲影響環境。

　　振動表現為強迫振動和自激振動兩種形式。

　　影響抗振性的因素主要有主軸組件的靜剛度，質量分布和阻尼(特別是主軸前支撐的阻尼)，主軸的固有頻率應遠大于自激振動的頻率，以使它不易發生共振。

　　目前，尚未制定出抗振性的指標，只有一些實驗數據可供設計時參考。

　　(4)溫升和熱變形：主軸組件工作時因各相對運動處的摩擦和攪油等而發熱，產生溫升，從而使主軸組件的形狀和位置發生變化(熱變形)。

　　主軸組件受熱伸長，使軸承間隙發生變化。溫度使潤滑油粘度降低，降低了軸承的承載能力。主軸箱因溫升而變形，使主軸偏離正確位置。前后軸承的溫度不同，還會導致主軸軸線傾斜。

　　由于受熱膨脹是材料固有的性質，因此高精度機床要進一步提高加工精度，往往受熱變形的限制。研究如何減少主軸組件的發熱，如何控制溫度，是高精度機床主軸組件的研究的主要課題之一。

　　(5)耐磨性：主軸組件的耐磨性是指長期保持原始精度的能力，即精度保持性。對精度有影響的首先是軸承，其次是安置刀，夾具和工件的部位，如錐孔，定心軸徑等。

　　為了提高耐磨性，一般機床主軸上的上述部分應淬硬至HRC60左右，深約1mm.

　　(6)材料和熱處理：主軸承載后允許的彈性變形很小，引起的應力通常遠遠小于鋼的強度極限。因此，強度一般不做為選材的依據。

　　主軸的形狀，尺寸確定之后，剛度主要取決于材料的彈性模量。各種材料的彈性模量幾乎相同，因此剛度也不是選材的依據。

　　主軸材料的選擇主要根據耐磨性和熱處理變形來考慮。普通機床的材料通常是45號或60號優質中碳鋼，數控機床需調質處理和淬火。

　　數控機床的主軸結構改進

　　數控機床設計中，如何設計主軸結構對數控機床的運行來說十分重要。主軸設計中，結構設計是其中的首要問題，即在機床的主軸設計中，其結構設計是首先要解決的問題，且在加工與裝配的過程中，工藝問題也是需要設計者考慮的設計因素。是機床主軸的設計中所普遍采用的結構。其中，軸承4、5、8支撐主軸1，主軸上的3個壓塊緊鎖螺母3、7、9用來實現軸承的軸向定位。主軸的裝配質量，主軸及其相關零件的加工精度等級、軸承的精度等級對主軸系統的精度起決定作用。主軸的雙列圓錐滾子軸承4和主軸的外錐配合程度直接對軸承的工作精度造成影響，一般情況下，要求它們之間配合時的接觸面積應大于75%。所以，為了達到要求，在購買軸承時，應對軸承的等級與品牌嚴格要求;且在設計時，將主軸的高度較高的兩端的同軸度設置為0.005mm。而對相關零件，例如螺母3、7、9與隔套6的端面對主軸線的跳動為0.008mm以內。一般壓塊螺母在進行實際加工時，精度難以達到要求，使裝配時，主軸精度很低，以至于需要反復調整圓螺母的松緊來達到要求，但是這種達標也僅僅是剛剛符合，很難做到精準。最終導致軸承偏緊，且精度、穩定性較差，安裝的位置也不準確，出現游隙不均勻的現象。那么在機床運行時，就會出現噪聲大、工作溫度過高，震動嚴重，對工件的加工質量與軸承的壽命均造成不利的影響。用圓錐滾子軸承來代替原有軸承，可平穩的運行，并可承載的負荷較大，精度調整好后，可保持機床精度;高速與輕型機床的運行要求卻不能很好的滿足。

　　1.主軸;2.法蘭盤;3.圓螺母;4.雙列圓錐滾子軸承;5.球軸承;6.調整墊;7.圓螺母;8.雙列圓錐滾子軸承;9.螺母

　　根據這種情況，需對機床主軸結構的設計做一定的改進，在原有的設計中，取消雙列圓錐滾子軸承，將其替換為角接觸球軸承，改善主軸裝配與加工工藝。在新的設計中，由于取消了主軸兩端的圓錐部分，使加工變得易于操作，且可保證主軸較高兩端的同軸度，對壓塊緊鎖螺母的加工，要求也可適度的降低。