主轴是数控机床的关键部件，它与机床切削加工能力、加工精度、加工效率密切相关。数控机床的主轴部件一般包括主轴、轴承、传动件及密封、润滑、紧固件等，主传动系统的机械设计主要包括主轴设计、轴承及配置、密封与润滑处理等内容；而齿轮、带轮等传动件的机械设计与一般机械的零件设计相同。

主轴的安装方式、结构尺寸、轴端形状、材料和热处理、加工制造精度等都与机床的性能密切相关，它是主轴设计时需要重点考虑的问题。

1.安装方式

主轴一般安装在箱体上，它需要有前后轴承支承；主轴的传动部件，如齿轮、带轮等可位于前后支承之间，或位于后支承的后端。

选择主轴安装方式时，既要考虑主轴的结构和刚度、精度，也需要方便调整与维修。传动件布置于后端时，主轴的安装、调整和维修方便，利于前端主轴的模块化、系列化设计，且还能选择最佳的前后轴承支承跨距。因此，除普及型数控机床外，正规设计的数控机床上，一般都选择传动件布置于后支承后端的安装方式。当传动件安装于主轴后侧时，一般需要在主轴尾部增加辅助支承，辅助支承可采用深沟球轴承。

机床切削加工时，主轴需要承受轴向和径向切削力，故主轴的支承轴承应使用能同时承受轴向和径向载荷的组合轴承或轴承组合。为了提高主轴的刚度和精度，数控机床的主轴原则上应选择前端定位的支承方式，将承受轴向载荷的主要支承轴承布置在主轴前端，有关内容可参见后述的轴承配置。

2.结构尺寸

主轴的结构尺寸主要是指主轴直径（外径）、内孔、悬伸长度和支承宽度等参数，主轴规格应根据主轴刚度和结构工艺性等确定。

主轴的直径越大，刚度就越高；但随着主轴直径的增加，其支承轴承的轴径也需要相应增加，轴承极限转速将降低，同等级的轴承公差也越大，主轴的最高转速和精度也将受到影响。通常而言，主轴的后轴承轴径可等于或略小于前轴承轴径，但为了确保主轴刚度，两者之比一般不宜超过1∶0.7，前后轴承轴径差越小，主轴的刚度就越好。(www.daowen.com)

车削加工机床的主轴内孔用来通过棒料或安装液压卡盘、夹头；镗铣加工机床的主轴内孔用来安装刀具夹紧装置。内孔直径越大，可通过的棒料或可安装的卡盘、夹头、刀具的直径也越大，主轴的重量和惯性也越小；但它受主轴外径和刚度的制约。分析证明：当主轴的内孔在外径的30%以下时，其刚度与实心主轴几乎相当；当主轴的内孔达到外径的50%时，其刚度为实心主轴的90%左右；当内孔大于外径的70%时，主轴刚度将急剧下降；因此，对于外径较小的镗铣类数控机床主轴，其内孔通常不应超过外径的50%。

3.轴端形状

车削类机床主轴的轴端用来安装卡盘和夹头，镗铣类机床主轴的轴端用来安装刀具，轴端形状应按照标准设计。

例如，车削类机床的轴端应为图2.2-3a所示的、用来安装卡盘的A2短锥法兰，或用来安装弹簧夹头的莫氏锥孔，或同时具有两者。

普通的镗铣类数控和加工中心一般选择ISO、MAS1/MAS2、DIN、JIS、V-CAT、ANSI等标准刀具，利用主轴的锥孔定位、拉钉拉紧，因此，主轴的轴端均为图2.2-3b所示的7∶24的BT锥孔。现代高速、高精度加工中心则多采用图2.2-3c所示的HSK系列刀具，主轴轴端为1∶10短锥和定位端面。

4.材料、热处理和加工精度

主轴材料应根据刚度、载荷、耐磨性和热处理变形等因素确定。主轴的常用材料为ST45、20Cr、40Cr、38CrMoAl、GCr15、9Mn2V等，常用的热处理方式为调质、渗氮和淬火等。对于低价位、普及型数控机床，可采用ST45进行调质处理；在载荷较大或需要轴向运动的主轴上，可采用20Cr、40Cr等合金钢增加耐磨性；高精度机床则可选用38CrMoAl等材料进行氮化处理。

主轴的加工精度很大程度上取决于机床的精度指标。通常而言，数控机床主轴的前后轴颈、内锥孔和轴颈的同轴度公差应控制在5μm以内；前后轴颈应按轴承内径配磨，并过盈1～5μm；内锥孔与刀具、夹头，外锥与卡盘的接触面积应大于85%，且保证大端接触等。