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关于数控机床主轴结构的改进设计

发布时间:2020-11-21
孙年亮
摘 要:主轴结构是数控机床的主要构成部分,该结构与数控机床的整体运行效率有直接关系。所以,在主轴结构安装的过程中,不仅要选择恰当的安装方式,还要做好轴承调试工作,确保应用材料的质量,并制定相应的维护方案。在数控机床主轴结构设计的过程中,会有很多影响结构质量的因素,为了确保数控机床的应用质量和寿命,应不断进行设计方案的优化和改进。因此,针对上述问题进行了相关的阐述和分析。
关键词:数控机床;主轴结构;改进设计
在数控机床中,主轴是核心部件,该部件是否能够精确运转、是否具有较高的耐磨性、抗振性等都会对工件加工的质量产生影响。不仅如此,作业环境、操作人员也会对工件的加工质量造成一定的影响。所以,应做好主轴结构的设计,明确各项可控因素,并做好调整和优化。
1 数控机床發展趋势
目前来看,我国数控机床正向高速、高精度、功能复合、智能化控制、驱动并联等方向发展。随着我国工业化进程的加快,各类新材料的应用愈加广泛,对数控机床加工质量的要求也在不断提升。在工业化的背景下,数控机床的主轴转速、进给率、运算速度都需要进一步提升。其中,数控机床主轴变速的方式有两种,一种是常规无级变速,另一种是分段无极变速,能够对复杂型面进行加工[1]。为了提升运算速度,微处理器的工作效率也在不断提升,64位的CPU数控系统已经广泛应用,频率已经达到几千兆赫兹。换刀速度自然也随之提升,目前很多刀具的交换时间都在1 s左右,速度较高的刀具交换时间甚至达到了0.5 s。
2 数控机床主轴结构的改进设计
2.1 主轴传动系统设计
为了确保数控机床的运转效率和质量,需要加强主轴结构的设计。主轴精度会对主轴组件的旋转精度产生直接影响,其涉及到主轴、轴承、齿轮等零件,这些零件相互连接,如果存在设计误差,则会影响接触刚度。零件接触表面的形状与表面粗糙度有直接关系,形状越精确,表面则越精密,受力后出现的接触变形也会比较小。主轴是主传动系统不可或缺的重要部件,主轴的精度、强度、刚度都与机床切削的质量有直接关系。如果主轴长度直径比超过12,则为挠性轴。要保证挠性轴的刚性,就要根据实际工况采取相应的措施。在设计优化的过程中,径向力不会影响轴中心位置,所以无需进行刚性校核,应重点进行强度的校核。
轴要顺利运转,需要先支撑起来,轴和轴衬之间存在一个配合部位,这个部位为轴颈。轴颈的长度与抗压强度和散热要求有关。如果选择滚动轴承,则轴颈要根据其轴承特点进行设计。轴上安装的零件较多,为了确保零件之间的表面配合,通常会采用阶梯轴的设计方式[2]。轴上零件可以利用套筒或挡环进行定位,但是抬肩不可以采用这种定位方式。轴加工时,不仅轴端要有倒角,各个台阶也需要有倒角,这样可以减少集中应力对加工造成的影响。
2.2 组件建构设计
主轴组件包括多个部分,分别是:主轴、主轴承、传动件、密封件等。主轴组件可以确保机床的正常运行,是一种执行件,其能够带动工件进行特定运动,是机床中不可或缺的组件之一,其性能与机床性能有直接关系。切削力会直接施加在主轴上,不论是速度还是范围都很大,所以对主轴组件有很高的可靠性要求。
2.3 前端结构设计
在前端结构设计时,要确保夹具、顶尖、刀具都准确无误的完成安装,并且要采取便于装卸的安装方式,要尽可能使主轴端的悬臂长度变短,单元结构可以选择角接触轴承,这样不仅可以承受径向荷载,也可以承受轴向荷载。元件极限速度高设计可以选择角接触轴承,使用数量为4个,采用背组安装形式,这样可以扩展两个承载点,进而使主轴头部的悬伸变短,能有效控制主轴端部变形的问题,对主轴的刚度有很大的强化作用[3]。很多主轴前端结构都基本相似,主要对前支承部分进行设计。主轴前段采用3182100系列轴承和角接触轴承作为前端支承。目前,已经有很多国家采用这种主轴结构设计方式,具有较好的应用效果。
综上所述,为了提升数控机床的应用质量,需要对主轴结构设计进行改进和优化。采用合理的设计方案,可以提升主轴的刚性与精度,进而在加工的过程中可以承受更高的负荷,确保轴承之间的运转配合,进而提升机床整体的精度和稳定性。
参考文献:
[1]曹川川,郭鹏远,杨大奎.基于UG的教学型五轴联动数控铣床的机械结构设计[J].农机使用与维修,2019(7):6-8.
[2]贾超凡,朱昱,倪红军,等.数控机床主轴静动态特性分析与优化设计[J].组合机床与自动化加工技术,2019(8):12-15.
[3]郑学申.数控机床机械结构设计与制造技术的研究探讨[J].军民两用技术与产品,2018(22).
来源:《农机使用与维修》2020年3期


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