机床主轴箱的结构设计.pdf

２ ０ １ ４年 ２月 第 ４ ２卷 第 ４期 机床与液压 Ｍ Ａ Ｃ Ｈ Ｉ Ｎ ＥＴ Ｏ Ｏ Ｌ＆Ｈ Ｙ Ｄ Ｒ Ａ Ｕ Ｌ Ｉ Ｃ Ｓ Ｆ ｅ ｂ  ２ ０ １ ４ Ｖ ｏ ｌ  ４ ２Ｎ ｏ  ４ Ｄ Ｏ Ｉ １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ  ｉ ｓ ｓ ｎ  １ ０ ０ １－ ３ ８ ８ １  ２ ０ １ ４  ０ ４  ０ ３ ７ 收稿日期２ ０ １ ３－ ０ ２－ １ ６ 基金项目咸阳市科技计划项目 （ ２ ０ １ １ ｋ ０ ８－ １ ３ ） 作者简介夏田 （ １ ９ ６ ２ ） ，女，教授，从事教学与科研工作。Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ４ ｌ ｙ ｚ ｘ ａ ＠１ ６ ３  ｃ ｏ ｍ 。通信作者司建星，Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ４ ７ ０ ０ ６ ４ ７ ５ ６ ＠ｑ ｑ  ｃ ｏ ｍ 。 机床主轴箱的结构设计 夏田１，司建星１，徐玲１，王立华２ （ １ 陕西科技大学机电工程学院，陕西西安 ７ １ ０ ０ ２ １ ； ２ 唐山曹妃甸实华原油码头有限公司，河北唐山 ０ ６ ３ ２ ０ ０ ） 摘要主轴箱的结构设计直接影响到工件的加工质量和加工效率。介绍了一种套装轴式的主轴箱结构，通过与传统主 轴箱的结构进行比较，其结构更为紧凑，最重要的是这种紧凑质量轻的结构可以提供高效率，同时最大限度地降低了震动 和噪声。 关键词主轴箱；套装轴；结构设计 中图分类号Ｔ Ｈ １ ２ ２ 文献标识码Ｂ 文章编号１ ０ ０ １－ ３ ８ ８ １（ ２ ０ １ ４ ）４－ １ １ ６－ ２ 主轴箱是机床的重要的部件，用于布置机床工作 主轴及其传动零件和相应的附加机构。主轴箱采用多 级齿轮传动，通过一定的传动系统，经主轴箱内各个 位置上的传动齿轮和传动轴，最后把运动传到主轴 上，使主轴获得规定的转速和方向。主轴箱传动系统 的设计，以及主轴箱各部件的加工工艺直接影响机床 的性能。 １ 传统的主轴箱结构设计 机床的主轴箱主要由电动机、箱体、传动系统和 主轴构成，用来实现机床的主运动。传统的主轴箱主 要包括展开式、分流式和同轴式 ３种布置形式，如图 １所示。展开式由于齿轮相对于轴承为不对称布置， 因而沿齿向载荷分布不均，要求轴有较大刚度。分流 式的齿轮相对于轴承对称布置，常用于较大功率、变 载荷场合。同轴式轴向齿轮较大，但宽度方向较小， 刚性较差。 图 １ 传统主轴箱的布置形式 ２ 新型主轴箱的结构设计 在实际应用中，多级齿轮传动的主轴箱中对于传 动轴的固定要设计支撑座，设计在主轴箱箱体内部的 支撑座会占用一定的箱体内部空间，且使得各传动轴 图 ２ 套装轴式的 主轴箱结构 以及齿轮的拆卸与安装非 常困难。在对滚铆机的主 轴箱的设计过程中，由于 主轴箱需要在立柱上移 动，因此，主轴箱应尽量 减小高度和厚度，且要求 主轴箱的重心应尽量靠近 立柱导轨，以减小颠覆力 矩，使移动灵活方便。该 新型主轴箱采用一种同轴 式的齿轮传动机构，且其 中两轴采用轴套轴的结 构。采用上述的结构，减 少了两个支撑座，可以使 主轴箱结构紧凑，且拆 卸、安装方便，对于滚铆 机工件加工精度、效率的 提高有很大的促进作用。 所设计的主轴箱的整体结 构如图 ２所示。 滚铆机主轴箱的传动过程如下电机输出轴和齿 轮轴 １之间通过联轴器进行联接，齿轮轴 １与传动齿 轮 １啮合，传动齿轮 １的转动带动齿轮轴 ２转动，齿 轮轴 ２与双联齿轮啮合，双联齿轮的转动带动传动齿 轮 ２的转动，传动齿轮 ２的转动带动轴 ３转动，利用 各齿轮轴、双联齿轮、齿轮之间的啮合关系构成三级 减速传动。 如图 ３所示，齿轮轴 ２的一端通过套筒、轴承、 轴承端盖、垫片、弹簧垫圈、螺钉固定在主轴箱箱体 上，另一端通过轴承固定在轴 ３上端部的凹槽中，进 而轴 ３的另一端固定在主轴箱体上。这样新颖独特的 设计能够减少两个轴支撑，使主轴箱的结构紧凑，且 拆卸、安装方便。另外，安装在齿轮轴 １上的双联齿 轮巧妙地减少了轴的数量，与传统的主轴箱相比较， 拥有更紧凑的结构，而且主轴箱的质量减轻，使得主 轴箱在运动过程中便于更精确地定位。 图 ３ 套装轴部位的放大结构图 ３ 结束语 在对滚铆机主轴箱的设计中，这种套装轴式的新 型结构，不仅满足了机床总体布局主轴箱的形状和尺 寸限制，还便于装配和调整，对于滚铆机工件加工精 度、效率的提高有很大的促进作用。所以主轴箱的设 计直接影响到工件的加工质量和加工效率。 参考文献 【 １ 】王玉栋， 郝瑞瑞． 机床主轴箱传动结构设计及优化［ Ｊ ］ ． 实用技术， ２ ０ １ １ （ １ ３ ） ４ ０ ７－ ４ ０ ８ ． 【 ２ 】任济生， 唐道武． 机械设计基础［ Ｍ］ ． 北京 中国矿业大 学出版社， ２ ０ ０ ８ ． 【 ３ 】王成志， 吴永刚． 较小轴间距的组合机床主轴箱设计 ［ Ｊ ］ ． 组合机床与自动化加工技术， ２ ０ ０ ０ （ ３ ） ２ ３－ ２ ５ ． 【 ４ 】林健． 转塔式组合机床主轴箱设计［ Ｊ ］ ． 机械， ２ ０ １ １ ， ３ ８ （ ７ ） ５ １－ ５ ５ ． 【 ５ 】胡君君， 徐武彬， 张宏献， 等． Ｖ Ｍ Ｃ－ １ ０ ０ ０主轴箱模态分 析及改进设计［ Ｊ ］ ． 机械设计与制造， ２ ０ １ １ （ １ ） ５ ０－ ５ ２ ． 【 ６ 】南文虎． 数控多刀管螺纹机床主轴箱的设计与研究 ［ Ｄ ］ ． 兰州 兰州理工大学， ２ ０ １ ０ １ ５－ ３ ０ ． 【 ７ 】张晓龙， 李功宇， 吴俊华． Ｔ Ｈ ６ ５ １ ０ ０主轴箱结构动力学分 析及改进设计研究［ Ｊ ］ ． 机床与液压， ２ ０ ０ ８ ， ３ ６ （ ４ ） ３ ５ ４ － ３ ５ ６ ． 【 ８ 】郑鹏飞． 数控机床中主轴变速箱的设计［ Ｊ ］ ． 制造业自 动化， ２ ０ １ １ ， ３ ３ （ ２ ） １ １ ７－ １ １ ９ ． （ 上接第 １ ０ ６页） ５ 总结 随着计算机技术及虚拟仪器技术的发展，基于 Ｌ ａ ｂ Ｖ Ｉ Ｅ Ｗ的各种试验台 Ｃ Ａ Ｔ改造广泛见诸报端。针 对常见液压试验台 Ｃ Ａ Ｔ改造过程中通用性差的问题 进行了研究，将柔性测控系统引入液压试验台改造 中，使之既能够满足高校教学实验的要求同时又能适 用于自设计型液压试验，改造过程中针对数据采集卡 定时／ 计数器个数有限的问题，提出了基于 “ 软定时 ／ 计数器”的方法精简数据采集卡设备。实践证明 该测控系统具有对数据采集硬件要求低，具有高度通 用性、灵活性和扩展性的特点。 参考文献 【 １ 】杨征瑞， 徐铁， 杨庆瑞， 等． 基于虚拟仪器技术的智能型 液压元件试验台［ Ｊ ］ ． 液压与气动， ２ ０ ０ ３ （ ８ ） ３ ４－ ３ ６ ． 【 ２ 】苏东海， 佟守举． 基于虚拟仪器软件的液压测试系统 ［ Ｊ ］ ． 流体传动与控制， ２ ０ ０ ７ （ ６ ） ４－ ６ ． 【 ３ 】谭心， 李强， 李瑜庆． 基于 Ｌ ａ ｂ Ｖ Ｉ Ｅ Ｗ 的液压实验台 Ｃ Ａ Ｔ 系统研究［ Ｊ ］ ． 液压与气动， ２ ０ １ ２ （ １ ０ ） ４ ９－ ５ ２ ． 【 ４ 】姜万录， 牛慧峰， 赵春艳， 等． 基于虚拟仪器的电液比例 方向阀静动态特性综合 Ｃ Ａ Ｔ系统［ Ｊ ］ ． 传感器技术学 报， ２ ０ ０ ５ ， １ ８ （ ４ ） ８ ４ ５－ ８ ４ ９ ． 【 ５ 】毕虎， 律方成， 李燕青， 等． Ｌ ａ ｂ Ｖ Ｉ Ｅ Ｗ中访问数据库的几 种不同方法［ Ｊ ］ ． 微计算机信息， ２ ０ ０ ６ （ １ Ｓ ） １ ３ １－ １ ３ ４ ． 【 ６ 】李光提． 虚拟仪器在 Ｏ Ｃ Ｓ ０ ０ ３液压实验台上的开发及应 用［ Ｄ ］ ． 泰安 山东农业大学， ２ ０ ０ ４ ４ ４－ ６ ８ ． 【 ７ 】Ｊ Ｅ Ｈ Ａ Ｎ Ｄ Ｅ ＲＪ ． Ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｉ ｃ ａ ｌ Ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ  Ｏ ｒ ｉ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄＰ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ ｍ ｉ ｎ ｇＩ ｎ Ｌ ａ ｂ Ｖ Ｉ Ｅ Ｗ ［ Ｊ ］ ． Ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎＮ ｕ ｍ ｂ ｅ ｒ ， １ ９ ９ ９ ． 【 ８ 】陈锡辉， 张银鸿．Ｌ ａ ｂ Ｖ Ｉ Ｅ Ｗ８ ． ２ ０程序设计从入门到精通 ［ Ｍ］ ． 北京 清华大学出版社， ２ ０ ０ ７ ． ７１１第 ４期夏田 等机床主轴箱的结构设计