王　微

(大連機(jī)床集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 大連 116620)

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一種新型高轉(zhuǎn)速、大扭矩主軸箱的設(shè)計(jì)

王微

(大連機(jī)床集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 大連 116620)

為滿足加工工件大扭矩和高轉(zhuǎn)速的要求，開發(fā)出具有兩檔變速的主軸箱，可實(shí)現(xiàn)與原有主軸總成相互替換，具有普遍性，值得推廣。

主軸高低轉(zhuǎn)速；大扭矩；兩檔變速主軸箱；稀油潤(rùn)滑系統(tǒng)

隨著航空航天、軍工，電子等型行業(yè)的迅速發(fā)展，機(jī)械裝備制造業(yè)也隨之高速發(fā)展迅猛前行，數(shù)控機(jī)床在制造行業(yè)中占有非常重要的地位，但一些精度高，批量大的對(duì)機(jī)床有著特定要求的工件卻給傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床帶來(lái)了許多新挑戰(zhàn)?？紤]經(jīng)濟(jì)效益，在原有的基礎(chǔ)上更優(yōu)化，性價(jià)比更高的改進(jìn)設(shè)計(jì)就顯得非常重要。

本文是根據(jù)傳統(tǒng)斜床身數(shù)控機(jī)床主軸箱進(jìn)行設(shè)計(jì)升級(jí)，應(yīng)客戶要求，主軸箱內(nèi)置兩級(jí)齒輪變速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速比分別為1:1和1:2。既能實(shí)現(xiàn)3 500 r/min的高速旋轉(zhuǎn)，又能實(shí)現(xiàn)低速高功率、大扭矩的輸出。

主軸箱是數(shù)控機(jī)床的主要組成部分。主軸箱在設(shè)計(jì)中除保證運(yùn)動(dòng)參數(shù)外，還應(yīng)具有較高的傳動(dòng)效率，傳動(dòng)件具有足夠的強(qiáng)度和剛度，低噪聲，振動(dòng)小，操作方便，具有良好的工藝性，便于檢修，成本較低，防塵、防漏、外形美觀等。

1　主軸箱傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

主軸箱結(jié)構(gòu)如圖1，電動(dòng)機(jī)輸出通過(guò)皮帶輪一級(jí)降速傳遞到主軸。主軸前后端支撐軸承均為脂潤(rùn)滑軸承，更換潤(rùn)滑脂必須拆卸主軸。主軸轉(zhuǎn)速完全靠主軸電動(dòng)機(jī)來(lái)決定，在低速大扭矩時(shí)主軸電動(dòng)機(jī)性能相對(duì)比較薄弱。箱體沒(méi)有潤(rùn)滑系統(tǒng)，主軸工作時(shí)產(chǎn)生的熱量只能靠增加箱體鑄造面等輔助方法散熱。

新主軸箱如圖2，主軸箱9為封閉箱體，內(nèi)部由筋板隔成兩部分，主軸1前端軸承采用三聯(lián)組合，適應(yīng)高轉(zhuǎn)速，后端軸承直徑比前端小，預(yù)緊量也小，因此溫升不至于超過(guò)前軸承。并且每個(gè)主軸軸承都配有潤(rùn)滑裝置，當(dāng)主軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，油淋式潤(rùn)滑方法可以帶走大部分熱量，可以減小主軸熱變形，箱體溫升小。主軸前端的法蘭盤也做了甩油環(huán)類的設(shè)計(jì)，并且前后法蘭盤都有游隙，防塵、防霧、回油槽等設(shè)計(jì)，使油淋潤(rùn)滑時(shí)，飛濺的油不會(huì)漏出。考慮到機(jī)床的原有空間，油缸的位置等因素，皮帶輪5與電動(dòng)機(jī)皮帶輪傳動(dòng)比為1:1，帶動(dòng)齒輪4轉(zhuǎn)動(dòng)，考慮到電動(dòng)機(jī)的特性曲線要求齒輪4與齒輪3嚙合齒數(shù)比為1:2，傳遞轉(zhuǎn)速減半。齒輪2與齒輪3組成雙聯(lián)滑移齒輪，當(dāng)滑移齒輪滑移至最右端時(shí)，齒輪2與雙聯(lián)齒輪6大端齒輪相嚙合，傳動(dòng)比為1:2，傳遞轉(zhuǎn)速再次減半；當(dāng)滑移齒輪滑移至最左端時(shí)，齒輪3與雙聯(lián)齒輪6小端齒輪嚙合，傳動(dòng)比為1:1，傳遞轉(zhuǎn)速不變。

2　變速操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

與原撥叉直接撥動(dòng)齒輪，或齒輪前面插槽相比，此次設(shè)計(jì)把齒輪前面的原插槽去掉，改為圖3所示裝配普通深溝球軸承3，撥叉4直接撥動(dòng)軸承3外圈，齒輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸承內(nèi)圈隨動(dòng)，外圈與撥叉靜止，避免了齒輪與撥叉直接接觸相互摩擦，妨礙齒輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)計(jì)巧妙。液壓油缸推動(dòng)活塞桿5，通過(guò)油缸進(jìn)出油，在油缸中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)撥叉位移，帶動(dòng)滑移齒輪移動(dòng)換擋。

3　稀油潤(rùn)滑系統(tǒng)

由于主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)，除了主軸箱設(shè)計(jì)成散熱型封閉式箱體，通過(guò)圖2中管接頭8單獨(dú)對(duì)每個(gè)主軸軸承進(jìn)行潤(rùn)滑，另外通過(guò)箱體上的分油器6的各個(gè)分油口對(duì)齒輪和箱體內(nèi)所有軸承進(jìn)行油淋式潤(rùn)滑。主軸在工作時(shí)，產(chǎn)生的大部分熱量都會(huì)被帶走，并且獨(dú)立的潤(rùn)滑系統(tǒng)帶有冷卻裝置，保證主軸的正常工作。

4　結(jié)語(yǔ)

本文是對(duì)高精度45°斜床身用主軸箱進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，對(duì)此類機(jī)床的空間、布局都進(jìn)行了充分考慮，適用性強(qiáng)，當(dāng)不需要變速機(jī)構(gòu)時(shí)，可直接換上原有的主軸總成，正常使用。此變速主軸箱作為基礎(chǔ)可以設(shè)計(jì)出更多級(jí)轉(zhuǎn)速，應(yīng)用范圍廣，普遍性高，對(duì)主軸剛性影響小，加工精度高。此主軸箱的設(shè)計(jì)，不僅給公司帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且得到了客戶的認(rèn)可。

[1]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì). 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2004.

[2]《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組. 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)(第三冊(cè))[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1997.

[3]王愛玲. 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[M]. 北京：兵器工業(yè)出版社, 1999

[4]戴曙. 金屬切削機(jī)床[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2000.

[5]龔仲華. 數(shù)控技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2004.

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Design of a new high-speed, high-torque spindle gearbox

WANG Wei

(Dalian Machine Tool Group Corp., Ltd., Dalian 116620, CHN)

Develop a two step variable speed spindle gearbox to meet high speed and high torque to produce a workpiece. It can be interchanged with the original spindle assembly. Have universal applications and is worthy to promote.

high and low speed of spindle; high torque; two step variable speed spindle gearbox; thin-oil lubrication system

TH122

B

(編輯孫德茂)(2015-10-27)

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