一种新型高转速、大扭矩主轴箱的设计

王　微

(大连机床集团有限责任公司，辽宁 大连 116620)



一种新型高转速、大扭矩主轴箱的设计

王微

(大连机床集团有限责任公司，辽宁 大连 116620)

为满足加工工件大扭矩和高转速的要求，开发出具有两档变速的主轴箱，可实现与原有主轴总成相互替换，具有普遍性，值得推广。

主轴高低转速；大扭矩；两档变速主轴箱；稀油润滑系统

随着航空航天、军工，电子等型行业的迅速发展，机械装备制造业也随之高速发展迅猛前行，数控机床在制造行业中占有非常重要的地位，但一些精度高，批量大的对机床有着特定要求的工件却给传统的数控机床带来了许多新挑战。考虑经济效益，在原有的基础上更优化，性价比更高的改进设计就显得非常重要。

本文是根据传统斜床身数控机床主轴箱进行设计升级，应客户要求，主轴箱内置两级齿轮变速系统，转速比分别为1:1和1:2。既能实现3 500 r/min的高速旋转，又能实现低速高功率、大扭矩的输出。

主轴箱是数控机床的主要组成部分。主轴箱在设计中除保证运动参数外，还应具有较高的传动效率，传动件具有足够的强度和刚度，低噪声，振动小，操作方便，具有良好的工艺性，便于检修，成本较低，防尘、防漏、外形美观等。

1　主轴箱传动机构设计

主轴箱结构如图1，电动机输出通过皮带轮一级降速传递到主轴。主轴前后端支撑轴承均为脂润滑轴承，更换润滑脂必须拆卸主轴。主轴转速完全靠主轴电动机来决定，在低速大扭矩时主轴电动机性能相对比较薄弱。箱体没有润滑系统，主轴工作时产生的热量只能靠增加箱体铸造面等辅助方法散热。

新主轴箱如图2，主轴箱9为封闭箱体，内部由筋板隔成两部分，主轴1前端轴承采用三联组合，适应高转速，后端轴承直径比前端小，预紧量也小，因此温升不至于超过前轴承。并且每个主轴轴承都配有润滑装置，当主轴运转时，油淋式润滑方法可以带走大部分热量，可以减小主轴热变形，箱体温升小。主轴前端的法兰盘也做了甩油环类的设计，并且前后法兰盘都有游隙，防尘、防雾、回油槽等设计，使油淋润滑时，飞溅的油不会漏出。考虑到机床的原有空间，油缸的位置等因素，皮带轮5与电动机皮带轮传动比为1:1，带动齿轮4转动，考虑到电动机的特性曲线要求齿轮4与齿轮3啮合齿数比为1:2，传递转速减半。齿轮2与齿轮3组成双联滑移齿轮，当滑移齿轮滑移至最右端时，齿轮2与双联齿轮6大端齿轮相啮合，传动比为1:2，传递转速再次减半；当滑移齿轮滑移至最左端时，齿轮3与双联齿轮6小端齿轮啮合，传动比为1:1，传递转速不变。

2　变速操纵机构设计

与原拨叉直接拨动齿轮，或齿轮前面插槽相比，此次设计把齿轮前面的原插槽去掉，改为图3所示装配普通深沟球轴承3，拨叉4直接拨动轴承3外圈，齿轮高速运转时轴承内圈随动，外圈与拨叉静止，避免了齿轮与拨叉直接接触相互摩擦，妨碍齿轮高速转动，设计巧妙。液压油缸推动活塞杆5，通过油缸进出油，在油缸中作往复运动，推动拨叉位移，带动滑移齿轮移动换挡。

3　稀油润滑系统

由于主轴高速运转，除了主轴箱设计成散热型封闭式箱体，通过图2中管接头8单独对每个主轴轴承进行润滑，另外通过箱体上的分油器6的各个分油口对齿轮和箱体内所有轴承进行油淋式润滑。主轴在工作时，产生的大部分热量都会被带走，并且独立的润滑系统带有冷却装置，保证主轴的正常工作。

4　结语

本文是对高精度45°斜床身用主轴箱进行改造设计，对此类机床的空间、布局都进行了充分考虑，适用性强，当不需要变速机构时，可直接换上原有的主轴总成，正常使用。此变速主轴箱作为基础可以设计出更多级转速，应用范围广，普遍性高，对主轴刚性影响小，加工精度高。此主轴箱的设计，不仅给公司带来了良好的经济效益，而且得到了客户的认可。

[1]机械设计手册编委会. 机械设计手册[M]. 北京：机械工业出版社, 2004.

[2]《机床设计手册》编写组. 机床设计手册(第三册)[M]. 北京：机械工业出版社,1997.

[3]王爱玲. 现代数控机床结构与设计[M]. 北京：兵器工业出版社, 1999

[4]戴曙. 金属切削机床[M]. 北京：机械工业出版社, 2000.

[5]龚仲华. 数控技术[M]. 北京：机械工业出版社, 2004.

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Design of a new high-speed, high-torque spindle gearbox

WANG Wei

(Dalian Machine Tool Group Corp., Ltd., Dalian 116620, CHN)

Develop a two step variable speed spindle gearbox to meet high speed and high torque to produce a workpiece. It can be interchanged with the original spindle assembly. Have universal applications and is worthy to promote.

high and low speed of spindle; high torque; two step variable speed spindle gearbox; thin-oil lubrication system

TH122

B

(编辑孙德茂)(2015-10-27)

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