一種新型高轉速、大扭矩主軸箱的設計

王　微

(大連機床集團有限責任公司，遼寧 大連 116620)

?

一種新型高轉速、大扭矩主軸箱的設計

王微

(大連機床集團有限責任公司，遼寧 大連 116620)

為滿足加工工件大扭矩和高轉速的要求，開發出具有兩檔變速的主軸箱，可實現與原有主軸總成相互替換，具有普遍性，值得推廣。

主軸高低轉速；大扭矩；兩檔變速主軸箱；稀油潤滑系統

隨著航空航天、軍工，電子等型行業的迅速發展，機械裝備制造業也隨之高速發展迅猛前行，數控機床在制造行業中占有非常重要的地位，但一些精度高，批量大的對機床有著特定要求的工件卻給傳統的數控機床帶來了許多新挑戰。考慮經濟效益，在原有的基礎上更優化，性價比更高的改進設計就顯得非常重要。

本文是根據傳統斜床身數控機床主軸箱進行設計升級，應客戶要求，主軸箱內置兩級齒輪變速系統，轉速比分別為1:1和1:2。既能實現3 500 r/min的高速旋轉，又能實現低速高功率、大扭矩的輸出。

主軸箱是數控機床的主要組成部分。主軸箱在設計中除保證運動參數外，還應具有較高的傳動效率，傳動件具有足夠的強度和剛度，低噪聲，振動小，操作方便，具有良好的工藝性，便于檢修，成本較低，防塵、防漏、外形美觀等。

1　主軸箱傳動機構設計

主軸箱結構如圖1，電動機輸出通過皮帶輪一級降速傳遞到主軸。主軸前后端支撐軸承均為脂潤滑軸承，更換潤滑脂必須拆卸主軸。主軸轉速完全靠主軸電動機來決定，在低速大扭矩時主軸電動機性能相對比較薄弱。箱體沒有潤滑系統，主軸工作時產生的熱量只能靠增加箱體鑄造面等輔助方法散熱。

新主軸箱如圖2，主軸箱9為封閉箱體，內部由筋板隔成兩部分，主軸1前端軸承采用三聯組合，適應高轉速，后端軸承直徑比前端小，預緊量也小，因此溫升不至于超過前軸承。并且每個主軸軸承都配有潤滑裝置，當主軸運轉時，油淋式潤滑方法可以帶走大部分熱量，可以減小主軸熱變形，箱體溫升小。主軸前端的法蘭盤也做了甩油環類的設計，并且前后法蘭盤都有游隙，防塵、防霧、回油槽等設計，使油淋潤滑時，飛濺的油不會漏出。考慮到機床的原有空間，油缸的位置等因素，皮帶輪5與電動機皮帶輪傳動比為1:1，帶動齒輪4轉動，考慮到電動機的特性曲線要求齒輪4與齒輪3嚙合齒數比為1:2，傳遞轉速減半。齒輪2與齒輪3組成雙聯滑移齒輪，當滑移齒輪滑移至最右端時，齒輪2與雙聯齒輪6大端齒輪相嚙合，傳動比為1:2，傳遞轉速再次減半；當滑移齒輪滑移至最左端時，齒輪3與雙聯齒輪6小端齒輪嚙合，傳動比為1:1，傳遞轉速不變。

2　變速操縱機構設計

與原撥叉直接撥動齒輪，或齒輪前面插槽相比，此次設計把齒輪前面的原插槽去掉，改為圖3所示裝配普通深溝球軸承3，撥叉4直接撥動軸承3外圈，齒輪高速運轉時軸承內圈隨動，外圈與撥叉靜止，避免了齒輪與撥叉直接接觸相互摩擦，妨礙齒輪高速轉動，設計巧妙。液壓油缸推動活塞桿5，通過油缸進出油，在油缸中作往復運動，推動撥叉位移，帶動滑移齒輪移動換擋。

3　稀油潤滑系統

由于主軸高速運轉，除了主軸箱設計成散熱型封閉式箱體，通過圖2中管接頭8單獨對每個主軸軸承進行潤滑，另外通過箱體上的分油器6的各個分油口對齒輪和箱體內所有軸承進行油淋式潤滑。主軸在工作時，產生的大部分熱量都會被帶走，并且獨立的潤滑系統帶有冷卻裝置，保證主軸的正常工作。

4　結語

本文是對高精度45°斜床身用主軸箱進行改造設計，對此類機床的空間、布局都進行了充分考慮，適用性強，當不需要變速機構時，可直接換上原有的主軸總成，正常使用。此變速主軸箱作為基礎可以設計出更多級轉速，應用范圍廣，普遍性高，對主軸剛性影響小，加工精度高。此主軸箱的設計，不僅給公司帶來了良好的經濟效益，而且得到了客戶的認可。

[1]機械設計手冊編委會. 機械設計手冊[M]. 北京：機械工業出版社, 2004.

[2]《機床設計手冊》編寫組. 機床設計手冊(第三冊)[M]. 北京：機械工業出版社,1997.

[3]王愛玲. 現代數控機床結構與設計[M]. 北京：兵器工業出版社, 1999

[4]戴曙. 金屬切削機床[M]. 北京：機械工業出版社, 2000.

[5]龔仲華. 數控技術[M]. 北京：機械工業出版社, 2004.

如果您想發表對本文的看法，請將文章編號填入讀者意見調查表中的相應位置。

Design of a new high-speed, high-torque spindle gearbox

WANG Wei

(Dalian Machine Tool Group Corp., Ltd., Dalian 116620, CHN)

Develop a two step variable speed spindle gearbox to meet high speed and high torque to produce a workpiece. It can be interchanged with the original spindle assembly. Have universal applications and is worthy to promote.

high and low speed of spindle; high torque; two step variable speed spindle gearbox; thin-oil lubrication system

TH122

B

(編輯孫德茂)(2015-10-27)

160531