关于数控机床主轴结构的改进设计

胡荣丽　李伟

（机械工业第三设计研究院，重庆　400039）

　　在数控机床中，其主轴是Z关键的部件，对机床起着至关重要的作用。主轴结构的设计首先考虑的是其需实现的功能，当然加工及装配的工艺性也是需考虑的因素。

　　目前机床主轴设计普遍采用的结构如图1所示。图中主轴1支承在轴承4、5、8上，轴承的轴向定位通过主轴上的三个压块锁紧螺母3、7、9来实现。主轴系统的精度取决于主轴及相关零件的加工精度、轴承的精度等级和主轴的装配质量。在图1中主轴轴承3182的内锥孔与主轴1：10外锥配合得好坏将直接影响主轴的工作精度，一般要求其配合接触面积大于80％，为了达到这一要求，除了在购买轴承时注意品牌和等级外，通常在设计时对主轴的要求较高，两端的同轴度为0.005mm，对其相关零件如螺母3、7、9和隔套6的端面对主轴轴线的跳动要求也较高，其跳动值一般要求在0.008mm以内。对一般工厂这种压块锁紧螺母的加工是很难保证这么高的精度的，因而经常出现主轴精度在装配时超差，Z终不得不反复调整圆螺母的松紧，而勉强达到要求，但这样的结果往往是轴承偏紧，精度稳定性差，安装位置不精确，游隙不均，造成工作时温升较高，噪声大，震动厉害，影响工件的加工质量和轴承的寿命。

　　经过多年的积累，我们对主轴结构的设计作了多方面的改进，改进后的主轴结构见图2，其与原设计主要的不同是主轴取消了3182轴承，全部改为角接触球轴承，改善了主轴的加工工艺和装配工艺。这种主轴取消了两端的圆锥部分，加工就很容易保证前后两端的同轴度，同时对压块锁紧螺母的加工要求也可适当降低。改进后的主轴装配工艺为：①将前端四盘轴承加热后，依次将轴承和隔套装进主轴，拧紧锁紧螺母；②将主轴装进主轴箱内，端盖配好高度后上紧螺钉；③直接装后端的两盘轴承，Z后上紧前后两端的螺母。这种主轴结构，在装配零件全部合格的前提下，一次装配后主轴的各项精度都能满足要求，不象以前还需用千分表打表反复调整，费时费力。由于提高了主轴的装配精度，因而主轴箱温升较低，一般可稳定在20℃以内，这种改进大大延长了机床主轴的使用寿命。

　　经过改进设计的这种主轴结构，具有较好的动刚性和精度，加工时不会因超负荷的运转而影响轴承的配合，因而精度稳定性较好。这种结构在理论和实践上都证明是可行的，在我们数控机床的主轴设计中得到了很好的推广。
 

来源：《组合机床与自动化加工技术》2004年10期