數控車床主軸優化結構設計
2019-10-11陳其國
(本益實業(福建)有限公司,福建泉州 362800)
隨著科學技術的高速發展,對機械設備加工精度要求越來越高,加工零件的批量化生產,在電子、汽車、洗衣機、醫療器械等機械加工行業數控機床以高效率、高精度等優勢得到廣泛應用。(本益實業(福建)有限公司,福建泉州 362800)
我國從上世紀80年代對數控機床的初步認識,到現在各機械加工行業對數控機床大量需求,可以說是世界上制造和使用數控機床Z多的國家,特別是中、小型數控機床用量很大。生產這種數控機床的企業巨增。但是我國生產的大部分數控機床加工精度比較差,維修率高,達不到加工高精度機械零件的要求。只好依賴進口機床。
從目前看數控機床控制系統除國外的一些知名品牌外,我國開發的數控系統性能基本穩定可靠,控制精度也比較高。致使部分數控機床加工精度低、穩定性差、維修率高的主要原因是機床結構設計不合理,機床本身零件加工精度低,再加上裝配工藝等因素造成的。與國外同類機床相比有較大差距。
數控車床占數控機床中的主要比例。φ360以下回轉直徑中小型數控車床使用數量Z多。這類數控車床大多都采用變頻電機無級調速直接驅動車床主軸進行切削加工的。要提高車床加工精度,除提高床身、床鞍、滾珠絲杠等部件的精度外,車床主軸部分是提高車床加工精度和使用壽命的關鍵部件。經過十多年對中、小型數控車床主軸結構的分析研究,設計出了一套比較理想的主軸結構,該主軸結構轉速高,精度高,使用壽命長,裝配簡單,維修方便,防水性能好。
下面對該主軸結構及特點進行分析,主軸結構圖如圖1。

在主軸前端采用一對角接觸串聯軸承(5)加一個單獨角接觸軸承(8),組成角接觸軸承對。單獨角觸軸承通過鎖緊螺母(11)鎖住軸承。在主軸后端采用一對角接觸背對背組合軸承。軸承由鎖緊螺母(16)通過軸承墊(15)鎖緊。這種五軸承支撐結構,因前端采用了一對串聯角接觸軸承,另加配一單獨角接觸軸承,具有高轉速、高精度、高剛性特點。
二、主軸結構主要特點
1.在主軸(1)上設計有兩道摔水槽。在前法蘭(3)上加工有擋水槽,在法蘭下部開有流水孔。一旦冷卻液液從主軸與前法蘭縫隙進入,由于主軸高速旋轉,冷卻液在離心力的作用下摔到前法蘭擋水槽中,從下部流水孔排出。在軸承墊(2)上又設計了一道摔水槽,達到了二次防水之目的。在后軸承部分也設計有與前端相同防水結構。其防水結構效果甚佳,確保冷卻液不能進入軸承而致軸承損壞。
2.主軸可作為一個部件除皮帶輪(18)外,先裝好整個軸承、軸承墊。并調整好軸承間隙,再整體裝入車頭箱體孔內,鎖緊前法蘭螺釘即可。在前端串聯軸承之間有軸承內外環調整墊(6)(7),可事先在工裝上通過研磨調整墊調整軸承(5)與(8)軸承間隙。軸承裝在主軸上可將前后鎖緊螺母緊到Z緊,而不至于將軸承因為壓的太緊而被損壞。排除了普通主軸結構中,通過調整主軸尾部鎖緊螺母來直接調整主軸軸承間隙時因裝配工人經驗不足而造成主軸軸承過緊或過松的不良后果。當軸承用到一定時間,出現軸承磨損。還可以通過研磨軸承內墊(6),重新調整軸承間隙,以恢復主軸回轉精度。
3.車頭箱后端軸承孔是無臺階孔,當主軸運轉產生熱脹冷縮長度發生變化時,后軸承外環隨之在軸承孔內微量移動,以保證主軸回轉精度,增加軸承的使用壽命。
4.維修拆卸很方便,當需要拆卸主軸維修時,先拆下主軸皮帶輪(18),再卸去前法蘭上的緊固螺釘,直接從主軸后部將主軸及全部主軸軸承一起從車頭箱體推出。因軸承內環直徑小,拆卸軸承很不容易。為使軸承內環方便拆下,而不使軸承外環脫圈損壞軸承,設計了拆軸承用墊(2)(12),這樣就可以輕松從主軸上拆下軸承。
以上解析了這種數控車床優化主軸結構的主要特點,供同行參考。總而言之,數控機床主軸部分在數控機床中起到重要作用,它關系到數控機床的性能、精度及使用壽命。對數控機床生產企業而言,能否有很好的數控產品,是關系到自己的數控機床產品能否得到廣大用戶的認可和歡迎。在競爭非常激烈的數控機床市場能否得到一席之地主要因素。對數控機床使用者而言,能有優良的數控機床,為企業創造更多效益,是很多企業家夢寐以求愿望。對國家而言數控機床質量提高和發展,擺脫了一些科技發大國家在數控技術領域對我國的封鎖。促進了我國軍事、醫療、航空航天技術等行業的發展。
來源:《科技與企業》
