孫年亮

摘 要：主軸結(jié)構(gòu)是數(shù)控機(jī)床的主要構(gòu)成部分，該結(jié)構(gòu)與數(shù)控機(jī)床的整體運(yùn)行效率有直接關(guān)系。所以，在主軸結(jié)構(gòu)安裝的過程中，不僅要選擇恰當(dāng)?shù)陌惭b方式，還要做好軸承調(diào)試工作，確保應(yīng)用材料的質(zhì)量，并制定相應(yīng)的維護(hù)方案。在數(shù)控機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，會有很多影響結(jié)構(gòu)質(zhì)量的因素，為了確保數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用質(zhì)量和壽命，應(yīng)不斷進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化和改進(jìn)。因此，針對上述問題進(jìn)行了相關(guān)的闡述和分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;主軸結(jié)構(gòu);改進(jìn)設(shè)計(jì)

中圖分類號：TG659 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.03.012

在數(shù)控機(jī)床中，主軸是核心部件，該部件是否能夠精確運(yùn)轉(zhuǎn)、是否具有較高的耐磨性、抗振性等都會對工件加工的質(zhì)量產(chǎn)生影響。不僅如此，作業(yè)環(huán)境、操作人員也會對工件的加工質(zhì)量造成一定的影響。所以，應(yīng)做好主軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，明確各項(xiàng)可控因素，并做好調(diào)整和優(yōu)化。

1 數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢

目前來看，我國數(shù)控機(jī)床正向高速、高精度、功能復(fù)合、智能化控制、驅(qū)動并聯(lián)等方向發(fā)展。隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的加快，各類新材料的應(yīng)用愈加廣泛，對數(shù)控機(jī)床加工質(zhì)量的要求也在不斷提升。在工業(yè)化的背景下，數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給率、運(yùn)算速度都需要進(jìn)一步提升。其中，數(shù)控機(jī)床主軸變速的方式有兩種，一種是常規(guī)無級變速，另一種是分段無極變速，能夠?qū)?fù)雜型面進(jìn)行加工[1]。為了提升運(yùn)算速度，微處理器的工作效率也在不斷提升，64位的CPU數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，頻率已經(jīng)達(dá)到幾千兆赫茲。換刀速度自然也隨之提升，目前很多刀具的交換時(shí)間都在1 s左右，速度較高的刀具交換時(shí)間甚至達(dá)到了0.5 s。

2 數(shù)控機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

2.1 主軸傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了確保數(shù)控機(jī)床的運(yùn)轉(zhuǎn)效率和質(zhì)量，需要加強(qiáng)主軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。主軸精度會對主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度產(chǎn)生直接影響，其涉及到主軸、軸承、齒輪等零件，這些零件相互連接，如果存在設(shè)計(jì)誤差，則會影響接觸剛度。零件接觸表面的形狀與表面粗糙度有直接關(guān)系，形狀越精確，表面則越精密，受力后出現(xiàn)的接觸變形也會比較小。主軸是主傳動系統(tǒng)不可或缺的重要部件，主軸的精度、強(qiáng)度、剛度都與機(jī)床切削的質(zhì)量有直接關(guān)系。如果主軸長度直徑比超過12，則為撓性軸。要保證撓性軸的剛性，就要根據(jù)實(shí)際工況采取相應(yīng)的措施。在設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程中，徑向力不會影響軸中心位置，所以無需進(jìn)行剛性校核，應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)度的校核。

軸要順利運(yùn)轉(zhuǎn)，需要先支撐起來，軸和軸襯之間存在一個(gè)配合部位，這個(gè)部位為軸頸。軸頸的長度與抗壓強(qiáng)度和散熱要求有關(guān)。如果選擇滾動軸承，則軸頸要根據(jù)其軸承特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。軸上安裝的零件較多，為了確保零件之間的表面配合，通常會采用階梯軸的設(shè)計(jì)方式[2]。軸上零件可以利用套筒或擋環(huán)進(jìn)行定位，但是抬肩不可以采用這種定位方式。軸加工時(shí)，不僅軸端要有倒角，各個(gè)臺階也需要有倒角，這樣可以減少集中應(yīng)力對加工造成的影響。

2.2 組件建構(gòu)設(shè)計(jì)

主軸組件包括多個(gè)部分，分別是：主軸、主軸承、傳動件、密封件等。主軸組件可以確保機(jī)床的正常運(yùn)行，是一種執(zhí)行件，其能夠帶動工件進(jìn)行特定運(yùn)動，是機(jī)床中不可或缺的組件之一，其性能與機(jī)床性能有直接關(guān)系。切削力會直接施加在主軸上，不論是速度還是范圍都很大，所以對主軸組件有很高的可靠性要求。

2.3 前端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在前端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要確保夾具、頂尖、刀具都準(zhǔn)確無誤的完成安裝，并且要采取便于裝卸的安裝方式，要盡可能使主軸端的懸臂長度變短，單元結(jié)構(gòu)可以選擇角接觸軸承，這樣不僅可以承受徑向荷載，也可以承受軸向荷載。元件極限速度高設(shè)計(jì)可以選擇角接觸軸承，使用數(shù)量為4個(gè)，采用背組安裝形式，這樣可以擴(kuò)展兩個(gè)承載點(diǎn)，進(jìn)而使主軸頭部的懸伸變短，能有效控制主軸端部變形的問題，對主軸的剛度有很大的強(qiáng)化作用[3]。很多主軸前端結(jié)構(gòu)都基本相似，主要對前支承部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。主軸前段采用3182100系列軸承和角接觸軸承作為前端支承。目前，已經(jīng)有很多國家采用這種主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，具有較好的應(yīng)用效果。

綜上所述，為了提升數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用質(zhì)量，需要對主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。采用合理的設(shè)計(jì)方案，可以提升主軸的剛性與精度，進(jìn)而在加工的過程中可以承受更高的負(fù)荷，確保軸承之間的運(yùn)轉(zhuǎn)配合，進(jìn)而提升機(jī)床整體的精度和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹川川，郭鵬遠(yuǎn)，楊大奎.基于UG的教學(xué)型五軸聯(lián)動數(shù)控銑床的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)使用與維修，2019（7）：6-8.

[2]賈超凡，朱昱，倪紅軍，等.數(shù)控機(jī)床主軸靜動態(tài)特性分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2019（8）：12-15.

[3]鄭學(xué)申.數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的研究探討[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2018（22）.