机床主轴结构的优化和改良技术分析

设 计 的过 程 是 如何实 现 的 。其 实想 要 主轴 的性 能 提升 ， 就 要使 主 轴在 满 足边 界 限制 和 刚度 要求 两个 前提 条件 ， 主轴 的质 量 尽 量 达到 最轻 。 １ ） 为 主轴设 定设计 变 量及 函数 ， 假设 我们 并不 改 变机床 的 主 轴材 料 ， 将 主轴 的跨距 设 为 Ａ、内径设 为 ｃ 、主 轴的 外径设 为 Ｅ、及外 伸长 度设 定为 Ｂ 。 其 中主轴 的孔径 的大 小是 由代 加工 棒 料 的尺 寸所决 定 ， 无法改 变 ， 所 以说此设 计 的变量 ：
此 函数公 式 当中 Ｐ为材 料 的密度 大小 。
Ｉ 冬 Ｉ １机床 主 轴结 构 图
如 图所 示 的 机 床 主 轴 结 构 ， 我 们 可 以 假 设 零 件 在 装 配之 前 是 全 部 合格 的 ， 所 以在 装 配 完 成 之 后 主 轴 的 所有 精 度 要求 都 能 满 足机 床 的要 求 。整 个优 化和 改 良的重 点 就是 如何 去 提 升 主轴 的装配 精 度 ， 同 时要 降低 主轴 的温 度 ， 在 这里 温度 要 控 制 在２ ０ ℃ 以内 ， 这样 的优 化 和改 良可 以使 整个 机床 主轴 寿命 提 升
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机床主轴结构 的优化 和改 良技术分析
徐 睿
（ 沈 阳第一 机床 厂 ， 辽宁沈 阳 １ １ ０ １ ４ ２）
摘 要 机 床主 轴作 为数据 机 床 的一 个非 常重要 的零 部 件 ， 它的 工作 效率 直接 影响 甚至 决定 了整 个机床 的 工作 效率 ， 本文 阐述 了如何 对机床 主轴 的结构 进行 优化 和 改 良 ， 通 过 机床 主轴 结构 进行优 化之 后 可以 降低 主轴产 生的 热量 ， 提 升 其速率 ，同时可 以为企 业节 约 更多的成 本 。 关 键 词 中图分 类号 ： Ｔ Ｇ ６ ５ ９ 文 献标 识码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ６ ７ １ — ７ ５ ９ ７（ ２ Ｏ １ ３ ）１ ３ － ０ ０ ６ ２ — ０ １ 在 科技 高 速 发展 的今 天 ， 各 个行 业 现 代化 的程度 也 越来 越
很多。
２） 确定 约束 条件 ， 首 先来 确定 主轴 的刚度 约束 ， 主轴 的刚 度 往往 可 以决定 机床 的 加工 质 量 如何 ， 所 以说 机 床 的主轴 刚 度 性 能 指标 决 定 了机床 的 性能 。所 以对 于主 轴 的要 求是 其悬 臂 端 挠 度范 围必 须在设 定 的范 围之 内 ， 这个 范 围我们设 为 ｚ 。其 中 ｚ 分 别 由 主轴 的 弹性模 量 、空 心 主轴 的惯性 、作 用 主轴 等 几个 因 素 所 决定 的。在 这必 须 要指 出的是 ， 对 于所 要 优 化和 改 良的主 轴来说 ， 我们 首 先所 要 进行 改 良的是 满足 主轴 的刚度 条件 的性 能 ， 之 后 再 对强 度条 件 进行 优 化 和改 良 ， 这样 做 的 目的是保 证 机 床 主 轴 内的许 用应 力 要 大 于主 轴 的最大 工 作应 力 ， 之 前我 们 已经 对 机床 主轴 的刚度 提 出 了较 高 的要求 ， 所 以如果 刚 度要 求 已经 满 足 了 ， 我 们可 以知道 此 时 其强 度可 以说 一 定是 可 以满 足 机床的生产要求 的。所以说 ， 在约束条件方面上不用去考虑主 轴 的强 度条 件 。 ３） 对 模型 进行优 化 。通过 上 面 的描 述我 们可 以知 道 ， 机 床 主轴 的 刚度 是 一个 非常 重 要 的性 能指 标 。我 们可 以将 所 有 函数 进行规范 ， 通过 计算 和 规 范我 们 可 以知道 整 个变 量 必须 要 是跨 距 、 伸 端 长度 范围之 内的 ， 而主 轴 的重量变 化上 我们可 以看 ｝ Ｈ ， 质量 越 小越 好 ， 对 其上 限并 没 有 硬性 的规 定 。这 样我 们 可 以在 计 算 的 过程 中少 了很 多的 约 束 ， 更利 于 主轴 有利 于 主轴 的优 化
Ｂｌ Ｂ＝ Ｂ２ Ｂ３ Ａ ＝ Ｃ Ｅ
降 低主轴 的重 量设计 函数 为 ：
Ｆ（ Ｂ）＝１ １／ ４（ Ｂ Ｉ ＋ Ｂ ３）（ Ｂ ２ ２ 一 ｃ ２）
１ 机床 主轴结 构优 化和 改 良的基本 思路
我 们在 对 主轴 结 构进 行 优化 和 改 良 ， 首先 所要 考 虑 是 如何 在 功 能上 进行 优 化 改 良 ， 其 次再 是 去 考虑 其 加 丁 、装 配 两 方面 的因 素 。要想 实 行其 功 能上 的优 化 和 改 良我 们要 先来 了解 一下 机床 主 轴系统 的组 成 。 目前普 遍 使 用 的机 床 主轴 结构 如 图 １ 所示 ， 这样 的机 床所 使 用 的 主轴 系统 普遍 采 用 的是 技术 是 变频 技 术 ， 整个 系 统 四个 档位 的无级调 速控 制 的是通 过液压 换挡 来进 行实现 的 。
高 ， 无论 何种设 备 都希 望通 过高科 技 的手段 来提 升其＿ Ｔ作效 率 ，
不 断 为所 服务 的企业 创 造 更 大 的经 济效 益 。作 为现 代 生 产企 业 当 中不 可或 缺 的机 床 也 同样希 望 通 过不 断 提 升机床 的 效 率来 提 升 企业 的生 产 效率 ， 而机 床 的主 轴 作为 整 个机 床最 重 要 的组 成部分 ， 他 的ｌ Ｔ作效 率 直接 影 响着 整 个机 床 的 工作效 率 ， 从目 前 整 个机 床行 业 的发 展 上来 看 ， 整 个 行业 的发展 趋势 是 朝 着更 加 快 速和 如何 去 提 升精 度 的方 向所 发 展 的 ， 而机 床 的主 轴 系统 作 为 整个 机床 最 重要 的组 成部 分 ， 如 何对 机 床 的主轴 轴 承 结构 进 行 优化 和改 良 ， 从 而使 机 床 的效 率 不 断提 升 ， 最后 达 到 降低 整个 丁业 企业 生产 成本 的 目的。