加工中心直联机械主轴结构

装备制造业的基础在于机床，而加工中心机床集高精度与高效率于一体，同时是产品质量的保证。国际上从上世纪 90 年代后期，将机床主轴作为机床的关键功能部件逐步由机床主机厂分立出来，目前国内90%以上中高端主轴产品是中国台湾及其他国外产品。加工中心机床主轴分为电主轴和机械主轴，电主轴是将电动机内置于主轴单元的高新技术产品，将变频电动机和机床主轴合二为一，实现了机床的零传动，尤其在磨床上和雕铣机床上得到了广泛的应用。对比电主轴与机械主轴，电主轴存在制作成本高，润滑冷却装置复杂，需要控制系统等外围设备，维护和维修成本高，而机械主轴具有结构简单成本低，使用配置简单，维护和维修成本低，机械主轴得到大量应用。
　　加工中心机械主轴的高速切削，因切削摩擦而产生大量的切削热是影响加工中心机床加工精度和表面质量的主要因素，同时，摩擦热产生导致切削温度的升高，从而加剧了刀具的磨损，缩短刀具的使用寿命。
1 AP1230 加工中心机械主轴简介
一般的加工中心机械主轴结构，如图 1 所示，主轴内部设计有松拉刀机构，外部设置有同步带轮传动机构，传动方式多是皮带传动，即采用普通电动机驱动，通过电动机带轮转动皮带驱动加工中心主轴同步转动，松拉刀机构采用气缸推动拉杆的方式。这种加工中心机械主轴的传动方式存在较多的缺点，如传动不平稳，皮带的振动会影响加工中心机械主轴的正常运转，影响主轴的加工精度，噪音大，低速重切削时易出现皮带跳脱打滑问题。另外多级传动机构造成加工中心机床结构庞大复杂，占用空间大。
　　现有加工中心机械主轴的冷却一般解决主轴的自身温升，大都采用壳体设计有螺旋冷却水槽结构，通过循环冷却水降低主轴高速旋转产生的温升。对加工工件铣削部位和刀具产生的热量，一般通过加工中心机床自带的冷却管喷射冷却液进行冷却，存在冷却液的喷射方向单一，在改变加工工件部位和更换不同刀具等工况发生变化时，冷却液的喷射却不会及时自行调整喷射角度和高低等，对正在加工铣削中心部位的冷却效果大大降低，因切削高温加剧刀具磨损，缩短使用寿命，进一步造成工件加工精度的超差。
2 APHZ1230 加工中心机械主轴结构的创新设计
　　机械主轴主要分为齿轮传动式、皮带传动式和直联式 3 种传动方式。从加工中心高速性能的要求，相比之下只有直联式传动方式符合。直联式主轴是由联轴器直接将电动机和主轴单元相联，优点是省去了中间传动环节，传输功率损耗小，可实现高速，且噪音低于皮带式主轴。
　　同时，为降低刀具与工件切削产生的热量，延长加工刀具的使用寿命，从主轴的传动系统结构和内部冷却结构方面考虑，结合现有的加工中心机械主轴冷却方式的发展，在原有加工中心机械主轴的结构基础上，设计一种创新型的环喷直联式加工中心机械主轴，主要创新结构有三部分，如图 2 所示

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结语

本文所设计的新型加工中心机械主轴主要特征在于:主轴采用联轴器替代皮带传动，优化了驱动方式。

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