數控機床中主軸變速箱的設計
2016-10-18徐菁1 楊勇2
（1.沈陽機床股份有限公司OEM事業部；2.沈陽機床股份有限公司中捷立式加工中心事業部）
（1.沈陽機床股份有限公司OEM事業部；2.沈陽機床股份有限公司中捷立式加工中心事業部）
摘 要：本文主要對數控機床中主軸變速箱如何設計進行了論述，在進行改良之后可以提升整個機床的工作效率，以達到提升整個數控機床的工作效率，同時可以解放生產力，實現工業企業利益Z大化的目的。
關鍵詞：數控機床；主軸；變速箱
0 引言
數控機床作為現代化工業企業的一個重要設備，其工作效率直接影響整個企業的經濟效益，而作為整個數控機床的Z重要部分主軸變速箱，它的工作效率必將影響到整個機床的工作效率，下面就整個主軸變速箱這個核心部件如何設計來加以說明。
1 主軸變速箱主軸結構設計
在今天不同種類的機床已經應用與各個企業，我們大家所熟知的有控銑床數控磨床、加工中心等等。不同的數控機床具有不同的功能，但是它們共同的特點就是其核心構造都是主軸，也就是說主軸的運轉速度會直接決定一個機床的性能包括其加工零部件的精度，會直接影響到所加工產品的質量。主軸在變速箱當中的作用是將大小齒輪連接在一起，所以說，變速箱變速效果主要取決于主軸的結構設計，在進行設計之必須要了解主軸的性能構造是怎樣的。數控機床的功能不同，主軸做具有的功能也是不同的。所以在進行主軸變速箱設計的時候對主軸的各個不同參數要做詳細的分析，下面就從以下幾個方面對機床主軸變速箱進行設計。
1.1主軸的設計重點
Z終的設計效果怎樣使有主軸的參數來決定的。設計人員在確定各個參數之前，首先要了解企業在生產加工過程中的實際需求，只有這樣才能按照需求進行參數的設定，這里的實際需求包括了需要加工零件的尺寸大小、精度，零件表面要求等。機床主軸的具體參數包括了轉速：根據實際生產以及國內目前的數控機床改造技術以及機械制造業的使用需要，數控機床主軸的轉速通常的范圍是在五十到八萬轉/分鐘之間，另外一個參數就是直徑。直徑對整個主軸的作用就是使主軸可以更好的進行變速，所以在進行設計的時候對平均直徑一定要控制好，直徑適當放大可以有效控制主軸發生變形，更好的控制位移的產生。
1.2旋轉精度
所謂旋轉精度指的是，在主軸的前面部位利用千分表進行測量得到的端面跳動、徑向跳動以及軸向竄動的數字，測量的必要條件是機床主軸組件需要是在空載低速的狀況下旋轉。如果主軸是在工作轉速進行旋轉的時候，機器的潤滑油膜會對主軸產生一些擾動，那么說測量的旋轉精度是不準確的。在數控機床當中旋轉精度影響的不僅僅是操控數控機床，同時對所加工的Z后零件的也會產生一定的影響，尤其是在精度方面，如果是一些精度要求較高的機床，既要有靜態測定還要求測定出正常工作下的動態旋轉精度。
1.3Z軸傳動
在主軸變速箱中Z軸傳動其中Z重要的一部分，這是由于整個Z軸分布的情況對整個數控機床運動性能有這非常直接的影響。Z軸傳動包含許多重要的組件，例如滾珠絲杠、電機、直、聯軸器、線滾動導軌、支撐座等等，上面所說到的組件設計人員都要進行詳細的分析，給出設計的方案。
1.4剛度
主軸組件的剛度所指的是在外部有負荷的狀態下抗變型的能力的強弱，而彎曲剛度指的是在主軸的Z前面位置所產生的單位位移，在此方向所測量得出的力的大小。在數控機床主軸變速箱中，承載能力的衡量尺度就是剛度，同時剛度對齒輪磨損程度也會帶來一定的影響。主軸自身的形狀和尺寸，機床滾動軸承的型號、軸承的多少、預緊以及出廠時所設定的方式，前后軸之間的距離以及二者之間的懸伸量，軸傳動是如何進行布置的，主軸廠家裝配和制造的質量等等因素都可能影響到主軸的鋼度。
1.5耐磨性
主軸組件的耐磨性所指的是機床在工作的過程中，主軸組件可以一直保持其出廠精度的一種能力，精度可以保持的時間的長短說明其耐磨性能的好快，也就是說如果主軸組件耐磨性好，那么機床所加工出來的產品質量相對更加穩定而且產品的進度會更高，而且表面加工的光潔度也更好。所以，主軸組件的每一個滑動的表面都要具有較高的耐磨性，只有這樣才能保持機床加工的零件一直保持很好的精度。
1.6滾珠絲杠
在進行滾珠絲杠的設計時非常重要的一點是要將摩擦力的計算考慮進去，因為滾珠絲杠的整個運動過程是一個線性運動，使數控機床從原來的直線運動變成旋轉運動就必須要將滾珠絲杠的摩擦力大小控制好，這樣才能讓變速箱運行穩定的運行，也就是使機床的主軸可以準確實現定位操作。機床主軸變速箱的設計人員通過計算可以確定摩擦力的大小，從而去分析主軸變速箱運轉過程中所呈現的摩擦狀況是怎樣的，設計人員的任務就是將摩擦力控制在一個Z佳范圍內，減少主軸在運轉過程中的磨損。
2 主軸變速箱重點參數的選擇
只有將主軸的參數確定在一定的范圍才能穩定的發揮其性能，設計人員在設計的過程中必須要將參數指標把握好，只有這樣才能使數控機床持續維持良好的工作狀態，生產出標準的零件。從目前的工業生產需求對于數控機床的基本要求上分析，主軸變速箱在參數的選擇上必須瘧把握以下幾個重點參數的設計，下面就這幾個參數來逐項說明。
2.1如何確定主軸的轉速及平均直徑
首先在數控機床當中，采用的都是電機直聯主軸，因此主軸的速度同機床電機的速度是一致的。其次是平均直徑的確定，在主軸變速箱中的主軸部件的剛度受主軸的平均直徑影響相對較大，在前面我們也提到過如果直徑加大可以有效控制主軸發生變形，更好的控制位移的產生。
2.2確定主軸的懸伸量c
主軸的懸伸量c指的是主軸部分的前端部分到前部的支撐反力作用中點之間的距離。直接影響懸伸量尺寸的主要有主軸部分的端部結構尺寸及形式、前支撐所配置的軸承等幾個因素。懸伸量的取值對主軸部件的剛度會產生很大的影響，所以在確定懸伸量c取值的時候所要遵循的原則就是結構可以滿足的前提下，取值盡可能小。
2.3主軸支承跨距的確定
支承跨距指的是在變速箱內相鄰的主軸之間支承的同支承反力作用之間的距離。在主軸變速箱的設計中指的是前后兩軸承之間的距離，通過設計人員的不斷計算得出合適的距離。
3 結論
隨著科學技術的不斷發展，人們逐漸開始關注改進機床的內部結構，這必將會推動整個數控行業的發展。主軸變速箱是整個機床運行Z關鍵部分，所以在設計的時候針對每個結構做認真的計算，精確其參數指標，以達到提升機床運行的效率的目的，由于文章的篇幅有限，所以只對主軸變速箱的主要結構設計進行了描述，相信未來數控機床通過不斷的改進，會給各個企業帶來更大的收益。
參考文獻
[1]凡仁建.當前數控機床改造的Z新技術研究[M].機械工業出版社，2009，19（10）：178-180.
[2]周德海.數控機床中主軸變速箱各參數性能的設計[J].數控機床設計基礎，2009，30（10）：44-47.
0 引言
數控機床作為現代化工業企業的一個重要設備，其工作效率直接影響整個企業的經濟效益，而作為整個數控機床的Z重要部分主軸變速箱，它的工作效率必將影響到整個機床的工作效率，下面就整個主軸變速箱這個核心部件如何設計來加以說明。
1 主軸變速箱主軸結構設計
在今天不同種類的機床已經應用與各個企業，我們大家所熟知的有控銑床數控磨床、加工中心等等。不同的數控機床具有不同的功能，但是它們共同的特點就是其核心構造都是主軸，也就是說主軸的運轉速度會直接決定一個機床的性能包括其加工零部件的精度，會直接影響到所加工產品的質量。主軸在變速箱當中的作用是將大小齒輪連接在一起，所以說，變速箱變速效果主要取決于主軸的結構設計，在進行設計之必須要了解主軸的性能構造是怎樣的。數控機床的功能不同，主軸做具有的功能也是不同的。所以在進行主軸變速箱設計的時候對主軸的各個不同參數要做詳細的分析，下面就從以下幾個方面對機床主軸變速箱進行設計。
1.1主軸的設計重點
Z終的設計效果怎樣使有主軸的參數來決定的。設計人員在確定各個參數之前，首先要了解企業在生產加工過程中的實際需求，只有這樣才能按照需求進行參數的設定，這里的實際需求包括了需要加工零件的尺寸大小、精度，零件表面要求等。機床主軸的具體參數包括了轉速：根據實際生產以及國內目前的數控機床改造技術以及機械制造業的使用需要，數控機床主軸的轉速通常的范圍是在五十到八萬轉/分鐘之間，另外一個參數就是直徑。直徑對整個主軸的作用就是使主軸可以更好的進行變速，所以在進行設計的時候對平均直徑一定要控制好，直徑適當放大可以有效控制主軸發生變形，更好的控制位移的產生。
1.2旋轉精度
所謂旋轉精度指的是，在主軸的前面部位利用千分表進行測量得到的端面跳動、徑向跳動以及軸向竄動的數字，測量的必要條件是機床主軸組件需要是在空載低速的狀況下旋轉。如果主軸是在工作轉速進行旋轉的時候，機器的潤滑油膜會對主軸產生一些擾動，那么說測量的旋轉精度是不準確的。在數控機床當中旋轉精度影響的不僅僅是操控數控機床，同時對所加工的Z后零件的也會產生一定的影響，尤其是在精度方面，如果是一些精度要求較高的機床，既要有靜態測定還要求測定出正常工作下的動態旋轉精度。
1.3Z軸傳動
在主軸變速箱中Z軸傳動其中Z重要的一部分，這是由于整個Z軸分布的情況對整個數控機床運動性能有這非常直接的影響。Z軸傳動包含許多重要的組件，例如滾珠絲杠、電機、直、聯軸器、線滾動導軌、支撐座等等，上面所說到的組件設計人員都要進行詳細的分析，給出設計的方案。
1.4剛度
主軸組件的剛度所指的是在外部有負荷的狀態下抗變型的能力的強弱，而彎曲剛度指的是在主軸的Z前面位置所產生的單位位移，在此方向所測量得出的力的大小。在數控機床主軸變速箱中，承載能力的衡量尺度就是剛度，同時剛度對齒輪磨損程度也會帶來一定的影響。主軸自身的形狀和尺寸，機床滾動軸承的型號、軸承的多少、預緊以及出廠時所設定的方式，前后軸之間的距離以及二者之間的懸伸量，軸傳動是如何進行布置的，主軸廠家裝配和制造的質量等等因素都可能影響到主軸的鋼度。
1.5耐磨性
主軸組件的耐磨性所指的是機床在工作的過程中，主軸組件可以一直保持其出廠精度的一種能力，精度可以保持的時間的長短說明其耐磨性能的好快，也就是說如果主軸組件耐磨性好，那么機床所加工出來的產品質量相對更加穩定而且產品的進度會更高，而且表面加工的光潔度也更好。所以，主軸組件的每一個滑動的表面都要具有較高的耐磨性，只有這樣才能保持機床加工的零件一直保持很好的精度。
1.6滾珠絲杠
在進行滾珠絲杠的設計時非常重要的一點是要將摩擦力的計算考慮進去，因為滾珠絲杠的整個運動過程是一個線性運動，使數控機床從原來的直線運動變成旋轉運動就必須要將滾珠絲杠的摩擦力大小控制好，這樣才能讓變速箱運行穩定的運行，也就是使機床的主軸可以準確實現定位操作。機床主軸變速箱的設計人員通過計算可以確定摩擦力的大小，從而去分析主軸變速箱運轉過程中所呈現的摩擦狀況是怎樣的，設計人員的任務就是將摩擦力控制在一個Z佳范圍內，減少主軸在運轉過程中的磨損。
2 主軸變速箱重點參數的選擇
只有將主軸的參數確定在一定的范圍才能穩定的發揮其性能，設計人員在設計的過程中必須要將參數指標把握好，只有這樣才能使數控機床持續維持良好的工作狀態，生產出標準的零件。從目前的工業生產需求對于數控機床的基本要求上分析，主軸變速箱在參數的選擇上必須瘧把握以下幾個重點參數的設計，下面就這幾個參數來逐項說明。
2.1如何確定主軸的轉速及平均直徑
首先在數控機床當中，采用的都是電機直聯主軸，因此主軸的速度同機床電機的速度是一致的。其次是平均直徑的確定，在主軸變速箱中的主軸部件的剛度受主軸的平均直徑影響相對較大，在前面我們也提到過如果直徑加大可以有效控制主軸發生變形，更好的控制位移的產生。
2.2確定主軸的懸伸量c
主軸的懸伸量c指的是主軸部分的前端部分到前部的支撐反力作用中點之間的距離。直接影響懸伸量尺寸的主要有主軸部分的端部結構尺寸及形式、前支撐所配置的軸承等幾個因素。懸伸量的取值對主軸部件的剛度會產生很大的影響，所以在確定懸伸量c取值的時候所要遵循的原則就是結構可以滿足的前提下，取值盡可能小。
2.3主軸支承跨距的確定
支承跨距指的是在變速箱內相鄰的主軸之間支承的同支承反力作用之間的距離。在主軸變速箱的設計中指的是前后兩軸承之間的距離，通過設計人員的不斷計算得出合適的距離。
3 結論
隨著科學技術的不斷發展，人們逐漸開始關注改進機床的內部結構，這必將會推動整個數控行業的發展。主軸變速箱是整個機床運行Z關鍵部分，所以在設計的時候針對每個結構做認真的計算，精確其參數指標，以達到提升機床運行的效率的目的，由于文章的篇幅有限，所以只對主軸變速箱的主要結構設計進行了描述，相信未來數控機床通過不斷的改進，會給各個企業帶來更大的收益。
參考文獻
[1]凡仁建.當前數控機床改造的Z新技術研究[M].機械工業出版社，2009，19（10）：178-180.
[2]周德海.數控機床中主軸變速箱各參數性能的設計[J].數控機床設計基礎，2009，30（10）：44-47.
