關于數控機床主軸結構的改進設計

孫年亮

摘 要：主軸結構是數控機床的主要構成部分，該結構與數控機床的整體運行效率有直接關系。所以，在主軸結構安裝的過程中，不僅要選擇恰當的安裝方式，還要做好軸承調試工作，確保應用材料的質量，并制定相應的維護方案。在數控機床主軸結構設計的過程中，會有很多影響結構質量的因素，為了確保數控機床的應用質量和壽命，應不斷進行設計方案的優化和改進。因此，針對上述問題進行了相關的闡述和分析。

關鍵詞：數控機床;主軸結構;改進設計

中圖分類號：TG659 ? ? ? ?文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.03.012

在數控機床中，主軸是核心部件，該部件是否能夠精確運轉、是否具有較高的耐磨性、抗振性等都會對工件加工的質量產生影響。不僅如此，作業環境、操作人員也會對工件的加工質量造成一定的影響。所以，應做好主軸結構的設計，明確各項可控因素，并做好調整和優化。

1 數控機床發展趨勢

目前來看，我國數控機床正向高速、高精度、功能復合、智能化控制、驅動并聯等方向發展。隨著我國工業化進程的加快，各類新材料的應用愈加廣泛，對數控機床加工質量的要求也在不斷提升。在工業化的背景下，數控機床的主軸轉速、進給率、運算速度都需要進一步提升。其中，數控機床主軸變速的方式有兩種，一種是常規無級變速，另一種是分段無極變速，能夠對復雜型面進行加工[1]。為了提升運算速度，微處理器的工作效率也在不斷提升，64位的CPU數控系統已經廣泛應用，頻率已經達到幾千兆赫茲。換刀速度自然也隨之提升，目前很多刀具的交換時間都在1 s左右，速度較高的刀具交換時間甚至達到了0.5 s。

2 數控機床主軸結構的改進設計

2.1 主軸傳動系統設計

為了確保數控機床的運轉效率和質量，需要加強主軸結構的設計。主軸精度會對主軸組件的旋轉精度產生直接影響，其涉及到主軸、軸承、齒輪等零件，這些零件相互連接，如果存在設計誤差，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系，形狀越精確，表面則越精密，受力后出現的接觸變形也會比較小。主軸是主傳動系統不可或缺的重要部件，主軸的精度、強度、剛度都與機床切削的質量有直接關系。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，就要根據實際工況采取相應的措施。在設計優化的過程中，徑向力不會影響軸中心位置，所以無需進行剛性校核，應重點進行強度的校核。

軸要順利運轉，需要先支撐起來，軸和軸襯之間存在一個配合部位，這個部位為軸頸。軸頸的長度與抗壓強度和散熱要求有關。如果選擇滾動軸承，則軸頸要根據其軸承特點進行設計。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計方式[2]。軸上零件可以利用套筒或擋環進行定位，但是抬肩不可以采用這種定位方式。軸加工時，不僅軸端要有倒角，各個臺階也需要有倒角，這樣可以減少集中應力對加工造成的影響。

2.2 組件建構設計

主軸組件包括多個部分，分別是：主軸、主軸承、傳動件、密封件等。主軸組件可以確保機床的正常運行，是一種執行件，其能夠帶動工件進行特定運動，是機床中不可或缺的組件之一，其性能與機床性能有直接關系。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 前端結構設計

在前端結構設計時，要確保夾具、頂尖、刀具都準確無誤的完成安裝，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，單元結構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。元件極限速度高設計可以選擇角接觸軸承，使用數量為4個，采用背組安裝形式，這樣可以擴展兩個承載點，進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化作用[3]。很多主軸前端結構都基本相似，主要對前支承部分進行設計。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，已經有很多國家采用這種主軸結構設計方式，具有較好的應用效果。

綜上所述，為了提升數控機床的應用質量，需要對主軸結構設計進行改進和優化。采用合理的設計方案，可以提升主軸的剛性與精度，進而在加工的過程中可以承受更高的負荷，確保軸承之間的運轉配合，進而提升機床整體的精度和穩定性。

參考文獻：

[1]曹川川，郭鵬遠，楊大奎.基于UG的教學型五軸聯動數控銑床的機械結構設計[J].農機使用與維修，2019（7）：6-8.

[2]賈超凡，朱昱，倪紅軍，等.數控機床主軸靜動態特性分析與優化設計[J].組合機床與自動化加工技術，2019（8）：12-15.

[3]鄭學申.數控機床機械結構設計與制造技術的研究探討[J].軍民兩用技術與產品，2018（22）.