一种机床主轴与驱动电动机直联机构的设计

董志强 姜莉莉 雷晓钟

(①广东工业大学机电工程学院，广东 广州510006;②广州市珠江机床厂有限公司，广东 广州510000)

随着我国经济的发展和产业的转型，加工中心及数控车床在机械加工行业的使用越来越多，加工中心的核心部件——主轴的需求量也日益增加。目前国内加工中心中使用的主轴与电动机的联接以皮带式主轴和电主轴为主。

皮带式主轴的缺点是:①同步带在高速时会产生较大的噪音甚至很明显的啸叫，因此不适合用于高速场合;②皮带一般为软性材料制作，连接刚性较低，例如在刚性攻丝等对刚性需求较高的场合时会对加工工件带来一些质量问题;③占用空间大，影响机床整体布置和外观。

电主轴的缺点是:①成本较高;②需强制水冷，运行成本增加;③维修不便，成本高。

本文在研究主轴传动方式的基础上，设计了一种打刀缸内藏式主轴与驱动电动机的直联机构。

1 直联机构的结构设计

直联机构的结构如图1 所示。

其中油缸套4 通过螺钉19 与主轴外套1 固定联接，径向有油口和气口，连接油管和气管，为打刀缸提供液压动力和换刀时主轴的吹气。油缸联接盘5 通过内孔、键20 和螺母6 与主轴3 固定联接，并通过螺钉18 与缸体一固定联接，传递扭矩。油缸前端盖7 通过过盈配合与主轴后端孔联接密封缸体一，形成缸内压力，缸体一径向定位，活塞杆16 起导向作用。缸体一、缸体二、缸体三之间通过螺钉17、21 固定联接，并通过螺钉18 与油缸联接盘5 固定联接，缸体三一端可通过联轴器与电动机联接，位于电动机和主轴之间，传递扭矩。活塞一、活塞二、活塞三、活塞杆16 分别位于缸体一、缸体二、缸体三内，通过油液的压力轴向运动，传递打刀动力。

工作过程:当油口一接通压力油时，油液通过环形槽、主油孔、横油孔、分路油孔，分别进入串联多级油缸的左侧油腔，活塞一、活塞二、活塞三以及活塞杆16 在液压力作用下向右移动，进而推动打刀杆2 向右移动，完成打刀(松刀)。当油口二接通压力油时，油液通过环形槽、主油孔、横油孔、分路油孔，分别进入串联三级油缸的右侧油腔，活塞一、活塞二、活塞三以及活塞杆16 在压力作用下向左移动，使活塞复位，进而解除对打刀杆2 的压力，打刀杆在碟簧作用下向左移动，完成拉刀。

2 直联机构的工作原理

本设计中将主轴和电动机之间的传力部件设计为打刀缸缸体，缸体内部为多级油缸，配合液压控制部分完成打刀及复位。打刀缸缸体作为从电动机向主轴传递扭矩的主承力件，使打刀缸完全内藏在主轴和驱动电动机之间，并与两者中心线重合。其中电动机、打刀缸和主轴中心线完全重合，并通过通用联轴器进行紧凑的刚性联接;电动机与主轴中心线重合，并通过联轴器+缸体组合直接刚性联接。

3 结语

目前，该机构已取得专利，并已完成样机试验，经过实际应用，发现它可使主轴与驱动电动机形成如下两种机械联接方式:(1)直联式:驱动电动机+联轴器+主轴;(2)齿轮变速式:驱动电动机+联轴器+变速箱+联轴器+主轴。这样就使主轴和驱动电动机处于同一轴线上，避免了皮带式主轴和电主轴的缺点。随着加工中心向高速、高精度、高刚性方向的发展，这种连接方式必定会有更广阔的应用前景。

［1］李红.实用机床设计手册［M］.沈阳:化学工业出版社，1999.

［2］成大先.机械设计手册［M］.北京:化学工业出版社，2008.