臥式銑鏜床主軸組的三種結構及優缺點

王一楠

（沈陽機床股份有限公司中捷立加分公司，遼寧沈陽110142）

臥式銑鏜床主軸組的三種結構及優缺點

王一楠

（沈陽機床股份有限公司中捷立加分公司，遼寧沈陽110142）

介紹了目前臥式銑鏜床的三種主軸結構型式，對一層、二層、三層主軸結構進行了詳細地闡述，并結合圖片和實際使用效果總結了各種結構的優缺點，為今后臥式銑鏜床的設計提供參考。

臥式銑鏜床；主軸結構；優缺點

主軸組是機床的最為重要部件之一。在普通數顯臥式銑鏜床的設計中，主軸組結構同樣占據著極其重要的地位，銑鏜床需要通過鏜桿來裝夾各種的刀具與平旋盤等附件來完成切削加工工作，而且鏜桿還需要完成伸縮運動。這就使得鏜床主軸組的受力和結構相對復雜和龐大。本文主要介紹臥式銑鏜床主軸組的三種經典結構型式及優缺點。

1 一層主軸結構

目前一層主軸組結構還沒有可伸縮的主軸，在國外有一些派生出來的銑鏜床及變型產品使用此種主軸型式，見圖1.很顯然，這種型式結構簡單，剛度較好，精度較好，但是它的工藝范圍較小，調整麻煩，主要適用于以銑為主或短孔零件的加工，一般用于小而“專用”的小型臥式銑鏜床，或者加工中心等自動化程度要求較高的機床上。

圖1 一層主軸組結構

2 二層主軸組結構

二層主軸組結構主要是由主軸和空心主軸所組成，按其結構可分為兩種[1]：銑軸直接支撐在主軸箱體上和空心主軸或銑軸前部軸承支撐在法蘭盤內。

（1）銑軸直接支撐在主軸箱體上

此種結構，平旋盤為可拆卸式平旋盤，直接固定在空心主軸上，見圖2.此結構優點[2]是：（a）主軸中心線可靠近立柱導軌大面，因而顛覆力矩較小，振動也可減小；（b）主軸組結構簡單，零件數量少，累計誤差小，回轉精度較高；（c）銑軸的前部軸承可直接裝在主軸箱體上，主軸的最小懸伸相對縮短，主軸的剛性較好；（d）銑軸受限較少，可以采用較合理的設計，可采用三點支撐；（e）可在銑軸前端安裝主軸夾緊機構，相應減小主軸的最小懸伸，增強主軸的剛度，減少振動，切削時效果更為顯著；（f）結構簡單，加工、裝配與維修都比較方便；（g）可以安裝比較多的機床附件，擴大機床的加工范圍。

圖2 二層主軸組結構

此種結構的缺點如下：（a）由于采用可拆卸平旋盤，這會引起主軸箱重心的偏移；（b）使用平旋盤重切時，銑軸前部軸承受力大；（c）主軸箱上安裝空心主軸軸承的孔易磨損；（d）銑軸的定心面較易磨損；（e）不能實現成組裝配，拆裝浪費時間。由于以上缺點，采用此種結構的鏜床也越來越少。

（2）空心主軸或銑軸前軸承支撐在法蘭盤內

此種結構，平旋盤可以為可拆卸式，也可以采用固定式兩種型式，主軸組結構見圖3，但可拆卸式的平旋盤直接固定在空心主軸上。固定式平旋盤軸承通常固定在法蘭盤上，而銑軸前部軸承則是固定在法蘭盤內，如沈陽機床的TPX6ll3系列的普通數顯式臥式銑鏜床就采用了固定式結構。此種結構介于三層主軸組和兩層主軸組的結構之間，也叫兩層半主軸組結構。此種結構的優點是：（a）可以采用成組裝配方式，提高裝配效率；（b）主軸組結構較為簡單，零件少，累計誤差小，主軸回轉精度高[3]；（c）當平旋盤為可拆卸時，可以安裝可拆卸式平旋盤、直角型銑頭、萬能型銑頭等機床附件，增加機床工藝范圍；（d）結構較簡單，制造與維修方便；（e）空心主軸或銑軸設計較為合理，可以設計為三點支撐結構。其缺點有：（a）銑軸前軸承作用在法蘭盤上，主軸前端夾緊困難，因之主軸系統剛性較差[4]；（b）主軸中心距立柱導軌大面距離較大；（c）平旋盤軸承規格較大。

3 三層主軸組結構

三層主軸組結構主要由主軸、空心主軸及平旋盤主軸組成，見圖3及圖4.沈機TPX61l1B系列和昆機TX68系列等臥式銑鏜床均采用這種結構。國內最近設計的臥式銑鏜床中采用較少，國外一些國家的臥式銑鏜床也有一部分采用這種結構，但是所占比重越來越少。

圖4 三層主軸組結構

采用此種結構的最大特點是平旋盤被固定在平旋盤主軸上，具有固定式平旋盤的優點：平旋盤主軸軸承支撐跨距大，平旋盤剛性較好；其次，平旋盤主軸軸承規格小。

但此結構的缺點是：（a）空心主軸軸承的潤滑較為困難；（b）主軸中心線距立柱導軌大面的距離加大，致使其顛覆力矩增加，穩定性降低，振動加劇；（c）使用的較多軸承，零件之間重疊較多，誤差累計大，主軸回轉精度因此較低；（d）空心主軸的形狀受到限制，支撐距過大，空心主軸上的大齒輪只能靠近后軸承安裝；（e）空心主軸前軸承裝在平旋盤主軸內，而不是直接裝在主軸箱上，此軸承對主軸部件剛度影響是十分重要的，這樣無疑降低了空心主軸的支撐剛性，加長了空心主軸和主軸相對主軸箱的最小懸伸，此外由于支撐零件增多，彈性變形增大，因此主軸組部件的剛度較低。因此，采用此種結構的臥式銑鏜床逐漸減少。

4 結束語

本文比較了臥式銑鏜床主軸組的三種結構。通過對比可以看出，主軸宜采用二層主軸型式，其銑軸前軸承直接支承在主軸箱上，二層半主軸結構更加具有優勢，所以此種結構被普遍用于臥式銑鏜床甚至是數控銑鏜床主軸結構中。希望本文能為銑鏜床類產品的主軸設計提供參考和思路。

[1]王一楠，李龍華，400 t預應力框架式液壓冷拔機機架有限元分析[J]．機械工程師，2009（10）：66-67.

[2]王一楠，李翊群，楊小娟，等.一款新型數控臥式銑鏜床及其基于ANSYS的下滑座有限元設計[J]．中國科技縱橫，2016（10）：106.

[3]王顯春，韓濤，楊鳳清，等，TPX619B普通臥式銑鏜床主運動齒輪材料與熱處理工藝研究[J]．機械管理開發，2012（4）：23-24

[4]《機床設計手冊》編寫組.機床設計手冊[M]．北京：機械工業出版社，1986.

Three Types of Spindle Structure of Horizontal milling& Boring Machine and Advantages&disadvantages

WANG Yi-nan
（Shenyang Machine Tool Co.，Ltd.，Shenyang Liaoning 110141，China）

This paper introduces the three kinds of horizontal boring and milling machine spindle structure of one layer，two layer，three layer structure of the spindle in detail，and combining images and the actual results and summarizes the advantages and disadvantages of various structures，for the future design of horizontal milling machine to provide reference.

horizontal milling machine；spindle structure；advantages and disadvantages

TG531

A

1672-545X（2017）03-0238-03

2016-12-11

王一楠（1984-），男，遼寧沈陽人，工程師，工學碩士，主要從事銑鏜床和立式加工中心的設計等技術工作。