王 亮 戚遠大 張 偉

（沈陽機床（集團）有限責任公司，遼寧沈陽 110142）

加工中心的加工特點是被加工工件經(jīng)過一次裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機床按不同的工序自動選擇和更換刀具，連續(xù)地對工件各加工面自動地進行多工序加工。這就需要加工中心頻繁地更換刀具，加工復雜工件時更是需要更換十幾把甚至幾十把刀具。國內(nèi)大多數(shù)加工中心的松刀機構(gòu)都是將松刀力沿軸向直接作用在主軸軸承上的，頻繁的松卡刀勢必會影響主軸軸承的回轉(zhuǎn)精度，降低主軸軸承的使用壽命，降低機床的加工精度，影響整臺機床的性能。

1 未采用松刀卸荷機構(gòu)的主軸松卡刀原理

圖1所示的是某加工中心的主軸結(jié)構(gòu)圖。該主軸結(jié)構(gòu)沒有采用松刀卸荷機構(gòu)，它的松刀過程為:液壓油從油口7進入到油腔6中，推動活塞4向前移動直至推力軸承3與螺母2接觸，隨著油腔6中壓力的逐步增大，活塞4推動螺母2繼續(xù)向前移動，直至松刀位。當主軸夾刀時，油腔6中液壓油的壓力變?yōu)榱?，碟?推動螺母2和活塞4向后運動，與此同時卡刀機構(gòu)靠碟簧1的彈力將刀具卡緊，復位彈簧8將活塞4復位。

由圖1主軸的松刀過程可以看出，松刀力（設(shè)計標準為30 kN）通過碟簧和主軸沿軸向直接作用在主軸前端的軸承上，導致主軸前端在軸向上有一個10－2mm級別的跳動量。按設(shè)計標準30 kN的松刀力試驗檢測，主軸前端的跳動量為0．05 mm，這個跳動量反映出了主軸軸承的變形量。如此大的軸向力頻繁地作用在主軸軸承上肯定會降低軸承的使用壽命。

2 采用松刀卸荷機構(gòu)的主軸松卡刀原理

圖2是針對松刀力直接作用在主軸軸承上，易損壞主軸軸承而設(shè)計的帶有松刀卸荷機構(gòu)的主軸結(jié)構(gòu)圖。它的松刀過程為:液壓油從油口11注入缸體5后，油壓推動活塞6向前移動，此時油腔7的油壓為零，當推力軸承4與螺母2接觸后，由于液壓油的推力小于碟簧1的彈簧力，使活塞6停止向前運動，此時缸體5在液壓油的作用下反向移動，直至缸體5與壓蓋3相互勾住后停止運動。缸體5勾住壓蓋3后隨著油壓的增大，活塞6將繼續(xù)向前移動，推動碟簧1壓縮，直至松刀位。碟簧1壓縮的過程中，由于壓蓋3通過螺栓連接在主軸上，使頂?shù)稌r的軸向力轉(zhuǎn)變?yōu)橹鬏S的內(nèi)力，從而使軸承所承受的軸向力幾乎等于零。

當主軸夾刀時，油腔8中的液壓油的壓力變?yōu)榱?，活?在碟簧1的作用下向后運動，卡刀機構(gòu)靠碟簧1的彈力將刀具卡緊。同時，從油口9向油腔7中注入液壓油，使缸體5向前移動復位，脫離與壓蓋3的接觸，復位彈簧12將活塞6復位。

采用卸荷機構(gòu)的主軸在松刀過程中，主軸前端軸承在某一階段還是需要承受一定量的軸向力的，這個受力階段產(chǎn)生在推力軸承4與螺母2接觸后到缸體5與壓蓋3相互勾住之前，但是這個軸向力與設(shè)計松刀力相比是微乎其微的，可以忽略不計。

3 設(shè)計時應(yīng)注意的問題

采用卸荷機構(gòu)的主軸在松刀時，松刀力轉(zhuǎn)化為作用在主軸、壓蓋3、缸體5和與其相連零件上的內(nèi)力。由于設(shè)計的松刀力較大，所以就需要在設(shè)計時將這些相關(guān)部件進行強度校核，以免松刀時發(fā)生損壞。

卡緊刀具后，需要設(shè)計復位機構(gòu)，避免刀具旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)動部件（壓蓋3）與固定部件（缸體5）發(fā)生接觸。

4 結(jié)語

通過實驗測量采用這種卸荷機構(gòu)的主軸在松刀時的前端跳動量僅為0.004 mm，與沒有使用卸荷機構(gòu)的主軸相比，減小了主軸軸承的變形量，從而延長了軸承的使用壽命。大型精密加工中心采用這種結(jié)構(gòu)，能夠顯著提升主軸壽命，帶來可觀的經(jīng)濟效益。

［1］胡文祥．一種加工中心主軸松刀卸荷機構(gòu)［J］．制造技術(shù)與機床，2006（6）:20－21．