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      結(jié)構(gòu)改進(jìn)高速主軸是用于高速加工機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)功能部件，它具有轉(zhuǎn)速高、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是目前高速數(shù)控銑床、加工中心等產(chǎn)品的常用配套件。目前，CNC 機(jī)床生產(chǎn)廠所使用的高速主軸在結(jié)構(gòu)與原理并無(wú)太大的區(qū)別，但由于其結(jié)構(gòu)緊湊、加工難度較大，因此，大都需要采用專業(yè)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)部件。文中介紹了一種通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)，降低加工難度，且可以方便地實(shí)現(xiàn)不同刀柄轉(zhuǎn)換的高速主軸，它不僅易于制造，還具有使用方便靈活、維修簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

      1 問題的提出

      高速主軸的結(jié)構(gòu)如圖1 所示，在原來(lái)一體式高速主軸上，主軸6、拉釘變換套19、錐孔變換套21為整體結(jié)構(gòu)，主軸6 的前端需要加工與刀具錐柄相配合的錐孔以及用來(lái)安裝卡爪連接件18、卡爪20的內(nèi)孔。整體式高速主軸結(jié)構(gòu)主要存在以下兩個(gè)問題: ( 1) 為了保證卡爪連接件18、卡爪20 能夠在主軸內(nèi)部上下靈活運(yùn)動(dòng)，位于細(xì)長(zhǎng)主軸內(nèi)部的拉釘變換套部位的內(nèi)部表面粗糙度要求高、加工工藝性差，帶來(lái)了細(xì)長(zhǎng)主軸內(nèi)部高精度孔加工、熱處理等技術(shù)難題，使得大多數(shù)機(jī)床生產(chǎn)廠家都無(wú)法生產(chǎn); ( 2) 整體式結(jié)構(gòu)的高速主軸部件的錐孔及拉釘孔均直接加工在主軸上( 圖1 中的拉釘變換套、錐孔變換套部位) ，因此，一種主軸只能安裝一種規(guī)定的刀具，當(dāng)機(jī)床更換不同系列刀具時(shí)，必須更換整個(gè)主軸部件，主軸對(duì)刀具的適應(yīng)性差，使用局限性大。

      2 結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

      此次結(jié)構(gòu)改進(jìn)的技術(shù)方案是: 將主軸前端帶有內(nèi)錐孔、拉緊結(jié)構(gòu)安裝內(nèi)孔的部位與主軸分離，成為圖2 所示的拉釘變換套19 與圖3 所示的錐柄變換套21兩個(gè)獨(dú)立零件。

      拉釘變換套與錐柄變換套的內(nèi)部尺寸可按不同系列刀具的刀柄與拉釘要求設(shè)計(jì)，以便安裝不同系列的刀具; 變換套與主軸的配合尺寸保持不變，以保證主軸其他部件的通用性; 變換套與主軸用螺釘、定位銷連接，可方便地進(jìn)行裝卸與更換; 變換套采用完全對(duì)稱結(jié)構(gòu)，更換不影響原主軸的動(dòng)平衡性能與高速特性。

      這樣的結(jié)構(gòu)改進(jìn)能解決數(shù)控銑床、加工中心的刀具適應(yīng)性問題，它可以在高速主軸性能與整體結(jié)構(gòu)保持不變的前提下，使得同一高速主軸可以安裝諸如ISO7388 /1、DIN69871-A、DIN69871-B、ANSI B 5. 50、MAS BT 等標(biāo)準(zhǔn)刀具，使目前的專用高速主軸部件變成了一種通用部件。

      結(jié)構(gòu)改進(jìn)帶來(lái)的另一優(yōu)點(diǎn)是: 它可以將本來(lái)位于細(xì)長(zhǎng)主軸內(nèi)部的、加工精度要求高、加工難度大、工藝性差的內(nèi)錐孔與卡爪安裝內(nèi)孔分解到了兩個(gè)加工容易、工藝性好的錐柄變換套與拉釘變換套上，使得零件加工變得十分容易。由于錐孔變換套、拉釘變換套的裝卸與更換可利用常規(guī)工具簡(jiǎn)單地完成，更換變換套不需要拆卸軸，變換套更換后無(wú)須進(jìn)行動(dòng)平衡等方面的試驗(yàn)與調(diào)整，因此，主軸部件可以大批量、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，部件的生產(chǎn)制造成本低、調(diào)整維修十分容易。

      3 原理說明

      刀具可變換高速主軸的結(jié)構(gòu)如圖1 所示，高速主軸主要包括了由前端蓋2、主軸套5、后端蓋8、鎖緊螺母9 等件組成的主軸安裝座，鍵1、隔套4、主軸6、調(diào)整螺母11、拉釘變換套19、錐柄變換套21組成的主軸體及由碟型彈簧15、拉桿17、卡爪連接件18、卡爪20 組成的刀具拉緊機(jī)構(gòu)三大部分。

      主軸安裝座用于安裝主軸，以便將整個(gè)高速主軸部件固定到機(jī)床上。主軸套5 外部加工有強(qiáng)制冷卻用的水槽，如需要可對(duì)主軸進(jìn)行強(qiáng)制水冷卻; 安裝座的前端蓋2 用于密封，以防止加工過程中的冷卻水、粉塵進(jìn)入前軸承; 后端蓋8 用于后軸承的固定與密封;鎖緊螺母9 用于軸承間隙的調(diào)整。

      主軸體用來(lái)安裝、固定刀具。主軸體通過前后軸承與主軸安裝座連接; 前軸承利用主軸前端面定位，后軸承由隔套4、隔圈7 定位; 軸承間隙可以通過鎖緊螺母9 進(jìn)行調(diào)節(jié)。3 只前軸承與2 只后軸承的結(jié)構(gòu)形式保證了主軸的軸向與徑向剛性; 前后軸承可以根據(jù)主軸實(shí)際所需要的最高轉(zhuǎn)速、載荷選用。主軸的上端可以安裝帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)的同步皮帶輪10，帶輪通過鍵和帶輪鎖緊螺母12 與主軸連接，帶輪的上下位置可以通過改變固定件13 與調(diào)整墊14 的厚度進(jìn)行調(diào)整。

      拉緊機(jī)構(gòu)用于刀具的拉緊，該機(jī)構(gòu)可以在主軸內(nèi)部作上下移動(dòng)。在正常( 夾緊) 狀態(tài)下，拉桿17 由于碟形彈簧15 的作用，帶動(dòng)卡爪20 上移，這時(shí)，安裝在拉桿前端的卡爪被拉釘變換套19 徑向收縮后，在夾緊拉釘?shù)耐瑫r(shí)帶動(dòng)刀柄上移，使得刀具錐柄與主軸錐孔緊密嚙合，刀具22 被固定于主軸體上。為了松開刀具，可向拉桿17 的上端面施加向下的外力，這時(shí)，碟形彈簧15 被壓縮，拉桿17 帶動(dòng)卡爪20 下移，卡爪被徑向松開，刀具上的拉釘處于自由狀態(tài)，利用外部機(jī)械手等裝置，可將刀具從主軸上卸下。拉桿內(nèi)部加工有氣孔，氣孔通入壓縮空氣后可以起到主軸錐孔清洗與保護(hù)的作用。

      主軸體前端的錐孔變換套21 與拉釘變換套19 是實(shí)現(xiàn)刀具變換的關(guān)鍵零件。

      拉釘變換套( 見圖2) 右端的多級(jí)錐孔用來(lái)調(diào)節(jié)卡爪的徑向壓縮與松開尺寸，可根據(jù)不同的拉釘要求，設(shè)計(jì)、加工成不同的尺寸，以實(shí)現(xiàn)主軸的拉釘變換功能。拉釘變換套采用外圓/端面定位的方式固定于主軸上，更換時(shí)只需要取下錐孔變換套21，便可將拉釘變換套從主軸中取出，進(jìn)行拉釘變換套的快速更換。

      錐孔變換套( 參見圖3) 的內(nèi)錐孔用來(lái)嚙合刀具，可根據(jù)不同的刀具系列，設(shè)計(jì)、加工成不同的尺寸，以實(shí)現(xiàn)主軸的錐孔變換功能。錐孔變換套采用外圓/端面定位與主軸配合，并通過8 個(gè)安裝螺釘與2個(gè)定位銷固定于主軸上，更換變換套只需要松開螺釘、取下定位銷便可快速完成。

      4 結(jié)論

      通過改進(jìn)，不僅實(shí)現(xiàn)了高速主軸的刀具變換功能，且可以將本來(lái)位于細(xì)長(zhǎng)主軸內(nèi)部的、加工精度要求很高、加工難度很大、工藝性很差的錐孔與卡爪安裝孔分解到了兩個(gè)加工容易、工藝性好的錐柄變換套與拉釘變換套上，提高了高速主軸的通用性、加工工藝性，使得生產(chǎn)制造、維修變得十分容易。按照該結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的高速主軸經(jīng)過實(shí)際使用證明，其性能與整體式高速主軸完全一致。