主轴是机床的重要零件之一，它传递着大的扭矩和高的旋转运动。在工作中，它承受扭转力矩和弯曲力矩，还必须保证装于其上的工件刀具有高的回转精度。主轴设计有五点要求：①合理的结构；②高的尺寸精度、形位精度与表面质量；③足够的刚度；④好的抗振性和尺寸稳定性；⑤一定的抗疲劳强度。对于后三项，正确选择主轴材料及热处理工艺很重要，对于其制造精度，则应由机械加工获得。
通常主轴支承形式为两支承结构，也有三支承结构。图3-1所示为卧式车床主轴的简图，其各主要加工表面有：①支承轴颈1和2，1，2为装配基准，它们的加工误差直接关系到主轴的回转精度；②莫氏锥孔3用于安装顶尖或工具锥柄，其中心线必须与支承轴颈的中心线严格同轴，且锥孔与工具锥柄有良好的配合；③前端圆柱面与端面为安装卡盘的定位面，因此，圆柱面必须与支承轴颈同轴，端面应与主轴旋转中心相垂直；④安装传动齿轮的轴颈4及5，若它们与支承轴颈有明显的不同轴，会造成齿轮啮合不良；⑤安装锁紧螺母的外螺纹6与7，若其端面圆跳动较大，则会影响整个主轴不见的颈向圆跳动。另外，主轴往往有一个通孔，也需注意此深孔的加工不要偏离中心线；否则，当主轴高速转动时会因离心力而引起振动。
图3-1 卧式车床主轴简图
1，2，4，5—轴颈；3—莫氏锥孔；6，7—外螺纹
对主轴的技术要求如表3-1所示。
表3-1 主轴的技术要求 mm(www.xing528.com)
普通机床的主轴材料为45钢，常在采用正火或调质处理后，又在某些局部表面进行表面淬火处理，以保证它具有一定的强度、韧性和耐磨性等要求。用毛坯锻造方法制作。
对于精度要求较高，且转速较快的机床主轴，一般选用40Cr等合金结构钢，可经调质和表面淬火处理后，使它有较高的综合力学性能。
高精度磨床主轴无中间通孔，要求具有更高的耐磨和抗疲劳性能，故采用轴承钢TCr15或弹簧钢65Mn材料。
对于高速重载条件下工作的高精度主轴，可选用18CrMnTi和20Mn2B等低碳合金钢或用38CrMoAlA渗氮钢作为材料。低碳合金钢经渗碳淬火处理后，具有高的表面硬度、冲击韧度和芯部强度，但热处理变形较大，而渗碳钢经调质和表面渗碳处理后，会有很高的芯部强度，很高的表面硬度，优良的耐疲劳性，且热处理变形很小。
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