一種機床主軸與驅動電動機直聯機構的設計

董志強 姜莉莉 雷曉鐘

(①廣東工業大學機電工程學院，廣東 廣州510006;②廣州市珠江機床廠有限公司，廣東 廣州510000)

隨著我國經濟的發展和產業的轉型，加工中心及數控車床在機械加工行業的使用越來越多，加工中心的核心部件——主軸的需求量也日益增加。目前國內加工中心中使用的主軸與電動機的聯接以皮帶式主軸和電主軸為主。

皮帶式主軸的缺點是:①同步帶在高速時會產生較大的噪音甚至很明顯的嘯叫，因此不適合用于高速場合;②皮帶一般為軟性材料制作，連接剛性較低，例如在剛性攻絲等對剛性需求較高的場合時會對加工工件帶來一些質量問題;③占用空間大，影響機床整體布置和外觀。

電主軸的缺點是:①成本較高;②需強制水冷，運行成本增加;③維修不便，成本高。

本文在研究主軸傳動方式的基礎上，設計了一種打刀缸內藏式主軸與驅動電動機的直聯機構。

1 直聯機構的結構設計

直聯機構的結構如圖1 所示。

其中油缸套4 通過螺釘19 與主軸外套1 固定聯接，徑向有油口和氣口，連接油管和氣管，為打刀缸提供液壓動力和換刀時主軸的吹氣。油缸聯接盤5 通過內孔、鍵20 和螺母6 與主軸3 固定聯接，并通過螺釘18 與缸體一固定聯接，傳遞扭矩。油缸前端蓋7 通過過盈配合與主軸后端孔聯接密封缸體一，形成缸內壓力，缸體一徑向定位，活塞桿16 起導向作用。缸體一、缸體二、缸體三之間通過螺釘17、21 固定聯接，并通過螺釘18 與油缸聯接盤5 固定聯接，缸體三一端可通過聯軸器與電動機聯接，位于電動機和主軸之間，傳遞扭矩。活塞一、活塞二、活塞三、活塞桿16 分別位于缸體一、缸體二、缸體三內，通過油液的壓力軸向運動，傳遞打刀動力。

工作過程:當油口一接通壓力油時，油液通過環形槽、主油孔、橫油孔、分路油孔，分別進入串聯多級油缸的左側油腔，活塞一、活塞二、活塞三以及活塞桿16 在液壓力作用下向右移動，進而推動打刀桿2 向右移動，完成打刀(松刀)。當油口二接通壓力油時，油液通過環形槽、主油孔、橫油孔、分路油孔，分別進入串聯三級油缸的右側油腔，活塞一、活塞二、活塞三以及活塞桿16 在壓力作用下向左移動，使活塞復位，進而解除對打刀桿2 的壓力，打刀桿在碟簧作用下向左移動，完成拉刀。

2 直聯機構的工作原理

本設計中將主軸和電動機之間的傳力部件設計為打刀缸缸體，缸體內部為多級油缸，配合液壓控制部分完成打刀及復位。打刀缸缸體作為從電動機向主軸傳遞扭矩的主承力件，使打刀缸完全內藏在主軸和驅動電動機之間，并與兩者中心線重合。其中電動機、打刀缸和主軸中心線完全重合，并通過通用聯軸器進行緊湊的剛性聯接;電動機與主軸中心線重合，并通過聯軸器+缸體組合直接剛性聯接。

3 結語

目前，該機構已取得專利，并已完成樣機試驗，經過實際應用，發現它可使主軸與驅動電動機形成如下兩種機械聯接方式:(1)直聯式:驅動電動機+聯軸器+主軸;(2)齒輪變速式:驅動電動機+聯軸器+變速箱+聯軸器+主軸。這樣就使主軸和驅動電動機處于同一軸線上，避免了皮帶式主軸和電主軸的缺點。隨著加工中心向高速、高精度、高剛性方向的發展，這種連接方式必定會有更廣闊的應用前景。

［1］李紅.實用機床設計手冊［M］.沈陽:化學工業出版社，1999.

［2］成大先.機械設計手冊［M］.北京:化學工業出版社，2008.