专题报导

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机械制造

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卷 第

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期

加工中心、高速精密数控铣床的主轴设计

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李晓华

摘

要：根据加工中心和高速精密数控铣床的加工特点，介绍了这类机床主轴部件的设计要领。

关键词：主轴

加工中心

数控铣床

中图分类号：!"#$%；!&’(() *

文献标识码：+

文章编号：

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高速加工不但可以成倍地提高生产效率，

还可进

一步改善零件的加工精度和表面质量，

解决一些常规

加工中难以解决的某些特殊材料的高效加工问题，

因

此，

高速加工在世界上引起了高度重视。

!

高速加工对机床主轴的要求

高速加工对机床主轴系统不仅要求转速高，

输出

的扭矩和功率要大，

还要求具有较高的主轴回转精度

和在高速运转中保持具有良好的刚度、

抗震性及热稳

定性。

目前，

国际上工业发达国家生产的高速加工中

心主轴最高转速高达*,,,, 2 ’,,,,,3 4 567，国内中小
型 加 工 中 心 、数 控 铣 床 的 主 轴 最 高 转 速 也 达 .,,, 2

#,,,3 4 567。

实际应用中主要有两类高速主轴：

一类是

具有零传动的高速电主轴，

这类主轴因采用电机和机

床主轴一体化的结构，

并经过精确的动平衡校正，

因

此具有良好的回转精度和稳定性，

但对输出的扭矩和

功率有所限制；

另一类是以变频主轴电机与机械变速

机构相结合的主轴，

这类主轴输出的扭矩和功率要大

得多，

但相对来说回转精度和平稳性要差一点，

因此

对于这类主轴来说，

如何正确地设计机床主轴及其组

件对机床加工精度的影响是至关重要的。

"

主轴组件的结构设计

0 ’ 1 主轴单元式结构

高速加工中心和数控铣床

大多采用单元式主轴结构，

将主轴前后轴承在恒温环

境下进行配磨，

配磨好后装入一个圆套筒内，

然后在总

装时以一个完整的单元装入机床主轴箱内，

这样不仅

保证了机床主轴组件的装配精度，

而且又易于安装和

维修调整，

如图’所示。

0 * 1 主轴轴承

#主轴轴承的选择：

鉴于加工中心和高速数控铣

床的大负荷、

高转速和高精密的要求，

普通的主轴双联

轴承结构已满足不了要求现在对于高速加工中心和数

控铣床，

大多采用角接触轴承组合设计。

因为角接触轴

承可以同时承受径向和一个方向的轴向载荷，

允许的

极限转速较高。

如图*所示，采用两个角接触球轴承背靠背组配，

使支承点 !、" 两点向外扩展，缩短了主轴头部的悬
伸，

大大地减少了主轴端部的挠曲变形，

提高了主轴刚

度。

$主轴轴承的预紧：

用普通螺母作主轴轴承轴向

限位，

通常难以保证螺母端面与轴心线有较高的垂直

度

（如图(8），锁紧后易使轴承偏斜，甚至有可能使轴弯

曲（如 图(9）

，

这 都 将 影 响

轴的旋转精度。

如 图 .8 所 示 锁 紧 螺

母(，在锁紧时不能保证端
面 与孔 的垂 直 度 ，

为 了提

高轴承的调整精度应改为

如图.9 中用挡圈$、#修磨