一種主軸松刀卸荷機(jī)構(gòu)在臥式加工中心上的應(yīng)用

王 亮 戚遠(yuǎn)大 張 偉

（沈陽(yáng)機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧沈陽(yáng) 110142）

加工中心的加工特點(diǎn)是被加工工件經(jīng)過(guò)一次裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同的工序自動(dòng)選擇和更換刀具，連續(xù)地對(duì)工件各加工面自動(dòng)地進(jìn)行多工序加工。這就需要加工中心頻繁地更換刀具，加工復(fù)雜工件時(shí)更是需要更換十幾把甚至幾十把刀具。國(guó)內(nèi)大多數(shù)加工中心的松刀機(jī)構(gòu)都是將松刀力沿軸向直接作用在主軸軸承上的，頻繁的松卡刀勢(shì)必會(huì)影響主軸軸承的回轉(zhuǎn)精度，降低主軸軸承的使用壽命，降低機(jī)床的加工精度，影響整臺(tái)機(jī)床的性能。

1 未采用松刀卸荷機(jī)構(gòu)的主軸松卡刀原理

圖1所示的是某加工中心的主軸結(jié)構(gòu)圖。該主軸結(jié)構(gòu)沒(méi)有采用松刀卸荷機(jī)構(gòu)，它的松刀過(guò)程為:液壓油從油口7進(jìn)入到油腔6中，推動(dòng)活塞4向前移動(dòng)直至推力軸承3與螺母2接觸，隨著油腔6中壓力的逐步增大，活塞4推動(dòng)螺母2繼續(xù)向前移動(dòng)，直至松刀位。當(dāng)主軸夾刀時(shí)，油腔6中液壓油的壓力變?yōu)榱?，碟?推動(dòng)螺母2和活塞4向后運(yùn)動(dòng)，與此同時(shí)卡刀機(jī)構(gòu)靠碟簧1的彈力將刀具卡緊，復(fù)位彈簧8將活塞4復(fù)位。

由圖1主軸的松刀過(guò)程可以看出，松刀力（設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為30 kN）通過(guò)碟簧和主軸沿軸向直接作用在主軸前端的軸承上，導(dǎo)致主軸前端在軸向上有一個(gè)10－2mm級(jí)別的跳動(dòng)量。按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)30 kN的松刀力試驗(yàn)檢測(cè)，主軸前端的跳動(dòng)量為0．05 mm，這個(gè)跳動(dòng)量反映出了主軸軸承的變形量。如此大的軸向力頻繁地作用在主軸軸承上肯定會(huì)降低軸承的使用壽命。

2 采用松刀卸荷機(jī)構(gòu)的主軸松卡刀原理

圖2是針對(duì)松刀力直接作用在主軸軸承上，易損壞主軸軸承而設(shè)計(jì)的帶有松刀卸荷機(jī)構(gòu)的主軸結(jié)構(gòu)圖。它的松刀過(guò)程為:液壓油從油口11注入缸體5后，油壓推動(dòng)活塞6向前移動(dòng)，此時(shí)油腔7的油壓為零，當(dāng)推力軸承4與螺母2接觸后，由于液壓油的推力小于碟簧1的彈簧力，使活塞6停止向前運(yùn)動(dòng)，此時(shí)缸體5在液壓油的作用下反向移動(dòng)，直至缸體5與壓蓋3相互勾住后停止運(yùn)動(dòng)。缸體5勾住壓蓋3后隨著油壓的增大，活塞6將繼續(xù)向前移動(dòng)，推動(dòng)碟簧1壓縮，直至松刀位。碟簧1壓縮的過(guò)程中，由于壓蓋3通過(guò)螺栓連接在主軸上，使頂?shù)稌r(shí)的軸向力轉(zhuǎn)變?yōu)橹鬏S的內(nèi)力，從而使軸承所承受的軸向力幾乎等于零。

當(dāng)主軸夾刀時(shí)，油腔8中的液壓油的壓力變?yōu)榱悖钊?在碟簧1的作用下向后運(yùn)動(dòng)，卡刀機(jī)構(gòu)靠碟簧1的彈力將刀具卡緊。同時(shí)，從油口9向油腔7中注入液壓油，使缸體5向前移動(dòng)復(fù)位，脫離與壓蓋3的接觸，復(fù)位彈簧12將活塞6復(fù)位。

采用卸荷機(jī)構(gòu)的主軸在松刀過(guò)程中，主軸前端軸承在某一階段還是需要承受一定量的軸向力的，這個(gè)受力階段產(chǎn)生在推力軸承4與螺母2接觸后到缸體5與壓蓋3相互勾住之前，但是這個(gè)軸向力與設(shè)計(jì)松刀力相比是微乎其微的，可以忽略不計(jì)。

3 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

采用卸荷機(jī)構(gòu)的主軸在松刀時(shí)，松刀力轉(zhuǎn)化為作用在主軸、壓蓋3、缸體5和與其相連零件上的內(nèi)力。由于設(shè)計(jì)的松刀力較大，所以就需要在設(shè)計(jì)時(shí)將這些相關(guān)部件進(jìn)行強(qiáng)度校核，以免松刀時(shí)發(fā)生損壞。

卡緊刀具后，需要設(shè)計(jì)復(fù)位機(jī)構(gòu)，避免刀具旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)部件（壓蓋3）與固定部件（缸體5）發(fā)生接觸。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量采用這種卸荷機(jī)構(gòu)的主軸在松刀時(shí)的前端跳動(dòng)量?jī)H為0.004 mm，與沒(méi)有使用卸荷機(jī)構(gòu)的主軸相比，減小了主軸軸承的變形量，從而延長(zhǎng)了軸承的使用壽命。大型精密加工中心采用這種結(jié)構(gòu)，能夠顯著提升主軸壽命，帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］胡文祥．一種加工中心主軸松刀卸荷機(jī)構(gòu)［J］．制造技術(shù)與機(jī)床，2006（6）:20－21．