机床主轴结构的优化和改良技术

钟庆珊

摘要：机床主轴作为数控机床中的关键部件，在机床的设计中占有着重要的地位，机床主轴结构运行的好与坏直接影响整体效益。工作人员在安装过程中要采取合适的手段和方法，在安装完成之后做好调试，保证主轴材料的品质，并制定出针对性的检修方案。通过对机床主轴结构系统的简要叙述以及机床主轴的主要特征，提出改进技术设计的措施和建议，积累更多的关于机床主轴结构的优化和改良经验。

关键词：机床主轴;结构系统;优化设计;改良技术

引言：

从当前数控机床的发展趋势来看，逐渐朝着复合型智能型功能的方向发展，再加之工业化的程度不断提升，要加强对数控机床的加工以及工艺装配的重视，同时还有关注作业的操作环境、工作人员对最终加工质量的影响，明晰各项可能的可控因素，并适时地做好调整工作。

一、机床主轴结构的主要特征

基于当前的工业化发展程度，数控机床的主轴结构及其转动速度、内部的运算速度都要进行提升，当前，主轴结构的变速大致有两种途径，一是常规的无级变速，二是分段的无级变速，都能够进行复杂面的加工，提升了微处理器的运算效率，也就提升了运算速度。现如今大多都是利用数控机床来完成生产任务，主要有数控机床、数控铣床以及加工中心。（一）数控机床。它的主轴结构主要在机械结构上，并且主轴呈现为空心的阶段轴，其前端部分是用短圆锥形的法兰盘进与卡盘体进行贴合，后端部分是用来配置回转油缸，中空部分则是用于活塞杆，利用齿轮来进行转动。而在电气结构上，主要是通过驱动器、光电脉冲编码器以及回转油缸液压来实现数控机床的控制。（二）数控铣床。其主轴的机械结构同样是空心的阶梯轴，但是主轴的前端则是由7比24的锥度形成的锥孔，并且在前端面配置铣削工具，主轴后端部分配置松刀的液压缸，主轴配置抓刀爪和蝶形的弹簧。（三）加工中心。与数控铣床不同的是，加工中心有刀库以及自动换刀的装置，但是数控铣床没有此类装置。主轴结构虽然与数控铣床有些相似，但是要保证主轴的刀具与刀库中的刀具实现自行更换，因而在电气结构上有一定的优越性，例如控制好主轴精准地停留在某位置上，以便实现机械手能够顺利插拔刀具，刀库的侧边的控制系统与数控系统相配合保证刀具的顺利交接[1]。

二、诊断机床主轴结构故障及其解决方法

机床的主轴故障问题又可以大致分为机械性故障和电气性故障。机械性故障通常会出现在常常运转工作的构件部位，因需要长时间地处于连转的工作状态下，不停地做旋转和直线轨迹的运动，长年累月会对其形成一定的损耗，因此工作人员在排查故障时要着重关注这些部位的检查。比如数控加工重心有时会出现机械手抓不住刀具的问题，首先应该检查其刀杆的行动轨迹是否呈现直线轨迹运动，在主轴结构的电气结构中要检查各类设备装置，比如驱动器、相关数控装置、检测装置等等。针对这些故障问题也要根据实际的具体情况来分析，数控机床的机械故障问题出现的机会比较多，因涉及到较多的零部件装置，若出现问题时工作人员也会很快地定位到，机械部件出现故障相对于电气故障能比较容易检测到，但是电气故障的诊断则需要耗费一定的时间来检测，因为一般的程序都是先从机械故障检测开始，根据以往的工作实践经验来看，大多主轴结构是因为机械装置失灵导致的问题，按照这个顺序来对机床的主轴结构来进行故障排查能够有效提升问题解决的效率[2]。

三、有效提升机床主轴结构的改良技术设计途径

（一）优化主轴结构的传动系统

为了最大化程度发挥数控机床的运行效益，工作人员必须要加强主轴结构的内部设计，主轴的精确度与否会直接影响到其旋转轨迹变化，零部件之间的连接。如果在设计时与实际产生出入则会影响它们接触的刚度。同时，零部件表面的粗糙程度也会直接影响到接触面的形状，主轴作为结构中不可或缺的部件，长度和直径都要符合规范和标准。要保证轉轴的平稳运行，轴与轴衬的长度、抗压的强度则与散热的要求有关。若是滚动性的轴承，则要基于轴承的特点来合理科学地设计轴承，又因大多的零部构件都安装在轴上，为了使它们更好地进行贴合运转，技术人员会设计出阶梯轴的形状，利用套筒或者挡环来帮助零部件更好的嵌入，尽可能地避免对最后加工质量的影响。

（二）完善主轴组件的建构设计

主轴包含了多个辅助组件，例如主轴承、转动件以及密封件等等构成部件，它们能够辅助主轴在数控机床中的正常运转，并且带动内部其他部件的特定轨迹运动，机床运行中必须要重视主轴组件的运行才能确保整体的运转，直接影响到机床的各项性能的发挥，而且主轴会直接承担较大的切削力，如果主轴组件出现问题将会直接影响主轴的发挥，无法承受的切削力会直接损坏主轴与其他部件的结构，打乱后续的机床生产计划，而且会给后期的维护检修也带来了不必要的人力和资金成本的压力[3]。

（三）合理设计主轴的前端结构设计

除了以上两个方面，其前端的结构设计也同样不能忽视，比如要正确安装刀具等相关配件，而且要确保在出现问题时能够方便及时拆下，另外还要利用角接触的方式来接触轴承，这样能够有效均衡主轴的承载力和承载方向。元件极限速度要求很高时，可以设计使用数量为4个的角接触轴承的安装方式，能够有效防止主轴的轴端变形，并且有效提升主轴的承载能力。目前大多的前端结构设计都与此类似，主要是设计好前端支承的部分来获得较好的结构设计优势，不断的优化和改进设计和技术方式方法，最大程度上得到机床主轴结构的刚性，避免因过重过长时间的工作运转从而影响后期的零部件的配合度[4]。

四、结束语

为了保证数控机床的质量和生产效益，要进一步优化机床主轴的结构设计，设计出合理科学的优化方案，提升主轴结构整体的精确度和韧性，保证其在实际的运行过程中能够承担更多的载重，同时配合好轴承与轴承之间的贴合。工作人员要对机床主轴结构内机械结构和电气结构有着全面地掌握和了解，学会运用不同的方法来应对主轴结构系统中可能出现的故障和问题。

参考文献：

[1]罗海军[1]，.国产主轴单元在加工中心上的应用[J].机械工程师，2021，（9）.

[2]史彩言[1]，.电主轴的日常使用以及维护探析[J].交通科技与管理，2020，（2）.

[3]孙年亮[1]，.关于数控机床主轴结构的改进设计[J].农机使用与维修，2020，0（3）.

[4]陈中伟[1]，.基于灵敏度分析的机床主轴热变形结构优化[J].中国水运：下半月，2021，21（3）.