喬宇

摘 要 針對現(xiàn)有臥式銑鏜加工中心的銑軸與鏜軸配合間隙大，主軸剛性不足的情況，設(shè)計(jì)了一種新的主軸結(jié)構(gòu)并提供了其制造方法，采用灌膠技術(shù)解決了銑軸和鏜軸的配合精度只靠機(jī)加，間隙較大的問題，可同時(shí)滿足高轉(zhuǎn)速、高精度、高剛性的要求。

關(guān)鍵詞 高剛性；主軸；灌膠技術(shù)

數(shù)控臥式銑鏜加工中心作為一種通用型機(jī)床，廣泛應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)。隨著機(jī)械制造水平的不斷提高和新興市場的需求，對于機(jī)床主軸的剛性、精度和轉(zhuǎn)速有了更高的要求[1]。臥式銑鏜加工中心的銑軸與鏜軸配合，在國外多采用由精密磨削加工控制配合間隙，實(shí)現(xiàn)精密配合，但由于國內(nèi)的機(jī)械加工水平有限，雖然可以實(shí)現(xiàn)精密磨削，但配合間隙范圍較大，如果間隙較大，影響配合精度和主軸轉(zhuǎn)速；間隙過小，裝配困難，影響鏜軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)[2-3]。由于傳統(tǒng)工藝中的諸多不足，本文提出了一種新的高剛性主軸方案。

1 高剛性主軸結(jié)構(gòu)

本文這種數(shù)控臥式銑鏜加工中心的主軸結(jié)構(gòu)，主要由銑軸，鏜軸，銅套，前、后軸承，軸承座，內(nèi)外隔套，澆鑄樹脂組成。鏜軸套裝在銑軸內(nèi)，通過鍵連接，鏜軸可在絲杠帶動(dòng)下在銑軸內(nèi)沿軸向自由滑動(dòng)。銑軸前端鑲有銅套，銅套的內(nèi)孔、主軸后端的內(nèi)孔與鏜軸小間隙配合，銑軸內(nèi)孔的中間部位有澆鑄樹脂，進(jìn)一步消除間隙。

該臥式銑鏜加工中心的高剛性主軸結(jié)構(gòu)如圖1所示，鏜軸1套裝在銑軸8內(nèi)，鍵15通過螺釘固定在空心主軸8上，在鏜軸1上開有長鍵槽，鍵15的兩側(cè)與鏜軸1上的長鍵槽小間隙配合，配合間隙0～0.01mm。空心主軸8內(nèi)的鏜軸1在絲杠帶動(dòng)下沿軸向自由滑動(dòng)，并通過鍵15連接可以在空心主軸8和鏜軸1間傳遞扭矩，一起旋轉(zhuǎn)。銑軸8的前端鑲有銅套2，材質(zhì)為CuSn12-C，銅套2的內(nèi)孔與鏜軸1的外表面精密磨削，銅套2的內(nèi)孔與鏜軸1的外表面的配合間隙為0.008～0.012mm，銑軸8后端與鏜軸1的配合間隙同樣為0.008～0.012mm。銑軸8和鏜軸1的間隙灌入澆鑄樹脂9從而減小配合間隙。銑軸8前、后端均有前軸承4、后軸承11，前軸承4為一對25°接觸角的精密角接觸球軸承，背靠背布置，軸承4之間有等高的內(nèi)外隔套5和6，在外隔套6上沿周向開有八個(gè)潤滑孔，每個(gè)軸承對應(yīng)四個(gè)潤滑孔，混合后的油氣從潤滑孔噴出給軸承潤滑。前軸承4由壓蓋3通過螺釘固定在前軸承套7內(nèi)。后軸承11為一對25°接觸角的精密角接觸球軸承，背靠背布置，軸承之間有等高的內(nèi)外隔套13和12，在外隔套12上沿周向開有八個(gè)潤滑孔，每個(gè)軸承對應(yīng)四個(gè)潤滑孔，混合后的油氣從潤滑孔噴出給軸承潤滑。后軸承11由鎖緊螺母14通過空心主軸8上的螺紋固定在后軸承套10內(nèi)。

2 高剛性主軸的制造及裝配方法

鏜軸與銑軸的制造方法：機(jī)加銑軸內(nèi)孔中間部位擴(kuò)徑，并且加工成粗糙表面，粗糙度12.5，與鏜軸之間預(yù)留2～3mm的間隙；機(jī)加鏜軸外表面，粗糙度要求高于1.6；機(jī)加銑軸內(nèi)孔粗糙度12.5，兩種粗糙度要求是相差懸殊是為了能與澆鑄樹脂牢固的粘接在一起，而對鏜軸1外表面的粗糙度要求只是高于1.6，是為了在隔離劑幫助下不粘連、且能與銅套精密配合。

裝配前預(yù)先在鏜軸外表面涂抹隔離劑，隔離劑與澆鑄樹脂互不相溶，防止?jié)茶T樹脂與鏜軸粘連。將鏜軸裝入銑軸內(nèi)孔，在裝配位置的配合間隙中用澆鑄樹脂填充預(yù)留的間隙：由于澆鑄樹脂初始狀態(tài)為液態(tài)，可完全消除鏜軸和空心主軸的配合間隙。澆鑄樹脂主要成分為環(huán)氧樹脂與固化劑，按質(zhì)量比100：11混合，在20℃左右，灌入銑軸，填充過程應(yīng)該在25分鐘內(nèi)完成，以確保澆鑄樹脂為液態(tài)，具備良好的流動(dòng)性，保證與鏜軸和銑軸充分接觸；銑軸和鏜軸垂直放置，以利于排除空氣；澆鑄樹脂將在空氣作用下逐漸固化，繼續(xù)保持20℃左右恒溫14至15小時(shí)，完全固化，與銑軸牢固結(jié)合在一起，然后除去鏜軸表面的隔離劑。盡管隔離劑的層厚度極薄，卻要利用去除這極薄的厚度而形成小間隙，鏜軸才能在銑軸內(nèi)軸向滑動(dòng)。固化后澆鑄樹脂層達(dá)到穩(wěn)定的物理性能：抗壓強(qiáng)度可達(dá)到125N/mm2，肖氏硬度可達(dá)到85（HRC59），彈性模量4000N/mm2，膨脹系數(shù)45×10-6m/℃，最大工作溫度可以達(dá)到50℃，以上物理特性接近金屬材料的性能，有足夠的強(qiáng)度和剛性滿足主軸工作的需要。

3 結(jié)束語

本文所設(shè)計(jì)的高剛性主軸的主要特點(diǎn)是在銑軸的前端鑲有銅套，銑軸內(nèi)的鏜軸可沿軸向自由滑動(dòng)、鏜軸與銑軸通過鍵連接傳遞扭矩，一起旋轉(zhuǎn)。通過精密角接觸球軸承的布置和油氣潤滑方式，保證了主軸有足夠的剛性、轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)精度，澆鑄樹脂的使用保證了主軸和鏜軸間的小配合間隙，提高了配合精度，降低了鏜軸伸出后的懸垂誤差。經(jīng)過樣機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證，這種高剛性主軸能滿足機(jī)床高速、高剛性、高精度的性能要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭琳娜，鄭天池，曹冠，等.高速切削機(jī)床關(guān)鍵技術(shù)研究與分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2018，（02）：210-212.

[2] 王海濤，李初曄.提高主軸整體質(zhì)量的設(shè)計(jì)方法研究及應(yīng)用[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2013，（4）：137-140.

[3] 李曉華.加工中心、高速精密數(shù)控銑床的主軸設(shè)計(jì)[J].機(jī)械制造，2003，41（1）：20-21.