常用的數(shù)控車床機(jī)械主軸單元通常按照其機(jī)床的加工性能，對(duì)主軸的結(jié)構(gòu)有不同的要求，通常會(huì)按照機(jī)床的剛度指標(biāo)分成三大類。

一、高速輕載型

　　該主軸的配置是以車削有色金屬為主或輕切的機(jī)床上，軸承結(jié)構(gòu)為前三后二的角接觸軸承組合結(jié)構(gòu)，由于具有很強(qiáng)的高速性，配合CBN或其它硬質(zhì)合金刀具，可以獲得較高的工件粗糙度及真圓度。這個(gè)類型的主軸在華南地區(qū)的機(jī)床制造領(lǐng)域是非常普遍的，幾乎配置了98%以上的數(shù)控車床。HEAVY CUT公司批量制造的該款主軸其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　為了滿足主軸的高速性，在這款主軸的軸承結(jié)構(gòu)中，其預(yù)緊載荷大部分采取輕預(yù)緊或特輕預(yù)緊的方式對(duì)軸承進(jìn)行配對(duì)。值得提出的是，國(guó)產(chǎn)軸承的配對(duì)預(yù)緊標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)進(jìn)口品牌產(chǎn)品而言，其預(yù)緊量高出進(jìn)口產(chǎn)品的幾倍、十倍、甚至幾十倍，這與一個(gè)行業(yè)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)，也是我國(guó)高速軸承在主軸行業(yè)的應(yīng)用表現(xiàn)不及進(jìn)口產(chǎn)品的主要原因。當(dāng)然，從角度來(lái)講，國(guó)產(chǎn)軸承的配對(duì)后相對(duì)軸向剛度優(yōu)于進(jìn)口軸承，但在高速特性應(yīng)用方面卻損失了市場(chǎng)。

　　通常在軸承的接觸角度選擇上，可以適當(dāng)?shù)耐ㄟ^(guò)加大接觸角而增加主軸承的軸向剛度系數(shù)。目前常用的接觸角度為15°、25°及進(jìn)口產(chǎn)品的18°角。接觸角度值越大，其軸向剛度值越大。相反，接觸角越大，其高速性指標(biāo)越低，其額定載荷指標(biāo)也越低。

　　標(biāo)準(zhǔn)型的角接觸球軸承，在實(shí)際運(yùn)用中，按軸承的內(nèi)徑計(jì)算已經(jīng)達(dá)到了20～25m/s的工作線數(shù)度。HEAVY CUT公司技術(shù)部門做過(guò)一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，在預(yù)載力同等的條件下，國(guó)產(chǎn)軸承也能夠勝任這項(xiàng)工作指標(biāo)。同一規(guī)格的產(chǎn)品，鋼球直徑越小，其速度指標(biāo)也越高。

二、中高速重載型

　　重載系列的車床主軸單元，在我國(guó)及世界車床的發(fā)展史上也是剛興起不久的一種結(jié)構(gòu)，主要從追求主軸的速度上作出的改進(jìn)，將原來(lái)的平面軸承改成了一套角接觸軸承，從而提高了車床的轉(zhuǎn)速。其前后都采用了圓錐孔雙列短圓柱滾子軸承，中間配置一對(duì)角接觸球軸承。結(jié)構(gòu)參見圖2。日本馬扎克通常都采用了這種結(jié)構(gòu)，值得提出的是，角接觸軸承的角度在25度以上，以滿足徑向和軸向剛度的平衡。但是，圓錐孔雙列短圓柱滾子軸承的游隙調(diào)整比較困難，它直接影響主軸的回轉(zhuǎn)精度，在游隙控制在2～3微米時(shí)，主軸可以獲得1微米以內(nèi)的回轉(zhuǎn)精度。目前為止我國(guó)還沒(méi)有專門用于檢測(cè)調(diào)整游隙用的專用包絡(luò)量具，這不能不說(shuō)是中國(guó)軸承行業(yè)的恥辱。除此之外，與軸承錐度的接觸面要求也非常高，對(duì)軸的中空比有限制等工藝上特殊要求，也阻礙著這款主軸結(jié)構(gòu)的發(fā)展。由于該款軸承特別適合于重切削高精度機(jī)床，所以日本及歐美也對(duì)中國(guó)的銷售加以限制，目前市面上能夠采購(gòu)到的gao級(jí)別也只有FAG的SP級(jí)產(chǎn)品，進(jìn)口機(jī)床一般都是配置的P4級(jí)產(chǎn)品。而國(guó)產(chǎn)品由于沒(méi)有較好的檢測(cè)手段，精度等級(jí)與進(jìn)口品相比仍有很大的差距。

　　其實(shí)，數(shù)控車床在軸承配置方面的結(jié)構(gòu)還是這一種，它的高速性能在精度保證的前提下可以達(dá)到15～20m/s的線速度，對(duì)于車削獲得較高的粗糙度是完全滿足的，在重切削性能方面相對(duì)高速輕載型結(jié)構(gòu)是無(wú)可比擬的。

　　如果是作為車銑復(fù)合中心機(jī)床的主軸，在低速插補(bǔ)銑削方面，這種結(jié)構(gòu)顯得尤為重要，角接觸軸承在這個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)及圓柱滾子軸承。

　　事實(shí)上，數(shù)控車床主軸結(jié)構(gòu)一直都在沿用這種軸承配置方法，國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有達(dá)到這個(gè)普及水平，其真正的原因還是受軸承產(chǎn)品的精度和測(cè)量工藝的量具以及加工裝配工藝的限制。相信在不久的將來(lái)，我們會(huì)突破各種困難，將這種結(jié)構(gòu)主軸的優(yōu)勢(shì)得以充分的發(fā)揮。HEAVY CUT公司在主軸入市的初期階段，主推的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)就屬于這一種，但由于軸承方面的穩(wěn)定性尚未突破，目前并未投入大量的生產(chǎn)。在車銑復(fù)合機(jī)床方面，我們還是希望廣大用戶采用這種結(jié)構(gòu)，不過(guò)，要想實(shí)現(xiàn)主軸的高速性能，軸承還必需依賴進(jìn)口。

三、中低速重載型

　　在現(xiàn)在的數(shù)控車床中，由于特殊工況的原因，需要主軸在軸向和徑向方面都具有極高的剛度指標(biāo)，同時(shí)也需要具備高速特征，以滿足實(shí)際加工工藝的需要。這些主要體現(xiàn)在立式數(shù)控車床、臥式數(shù)控旋壓車床等方面。早期的數(shù)控車床基本都是采用這種結(jié)構(gòu)，前后的徑向支撐為圓錐孔雙列短圓柱滾子軸承，中間的軸向支撐采用雙向角接觸推力球軸承。如圖3所示。

　　隨著刀具行業(yè)的迅猛發(fā)展，這款結(jié)構(gòu)的主軸在高速特性方面不再具有任何優(yōu)勢(shì)，也就逐漸退出了主導(dǎo)市場(chǎng)。但我們不得不承認(rèn)，這種重載型結(jié)構(gòu)在特種需求場(chǎng)合仍然有自己的優(yōu)勢(shì)。

四、三種不同主軸結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)比較

　　為了滿足不同機(jī)床特性的需求，HEAVYCUT公司對(duì)相同規(guī)格不同載荷結(jié)構(gòu)的主軸作了系列化設(shè)計(jì)，只需要更換少數(shù)不同的軸承與零件，就能夠組裝出自己需求的主軸，以滿足客戶不同工況機(jī)型的需要。我們以常見的A2-4車床機(jī)械主軸單元為例，對(duì)其機(jī)械性能數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，具體參見表1。

　　從表1中我們不難發(fā)現(xiàn)，徑向載荷與軸向剛度的綜合值越高，主軸的轉(zhuǎn)速性能就越低。同時(shí)提出的是，綜合值越高，軸承的成本也就越高。