机床主轴返向卸刀缸设计

萧贵源 吴淑就

（东莞市巨冈机械工业有限公司，东莞 523000）

1 技术背景介绍

主轴是数控加工中心的核心功能部件，主轴的性能直接影响加工中心的加工精度。为保证主轴的平稳运转，需要在主轴轴芯两端安装超精密轴承固定，通常下轴承采用定位预紧，上轴承弹性预紧。主轴加工中经常更换刀具以保证不同的加工需求，主轴松刀过程中会对轴承造成很大的冲击，卸刀缸产生的作用力会直接作用到下轴承上，加快轴承内部变形及磨损，大大降低了轴承的使用寿命。

2 旧卸刀缸结构

以气动卸刀缸结构为例，旧结构如图1所示。为简化说明，此处气缸简化成缸体组件9和活塞组件10两部分。主轴松、拉刀过程：松刀接头充入高压气体，活塞组件10往下运动，推动拉杆7、拉爪3下行后张开，与刀柄1分离，完成卸刀；拉刀时，松刀接头断气，拉刀接头充入高压气体，活塞往上运动，在拉杆弹簧5作用下，拉杆7往上运动，完成拉刀。

图1 旧气缸结构

卸刀过程中，拉杆7受到的推力直接通过拉杆弹簧5传递到轴芯8上，由于上轴承6有预紧弹簧4作用，受力时能往下移动，不对对齐造成损坏。而下轴承2是定位预紧，传递到轴芯8的推力直接作用在轴承2上，一般小型刀柄松刀力在2～7kN，大的刀柄达到10kN，如此大的冲击力长期作用，会加剧轴承滚道磨损，严重时甚至产生凹坑，直接导致轴承报废，如图2所示。

图2 轴承内圈冲击凹坑

图3 返向卸刀气缸

3 返向卸刀缸结构

采用返向卸刀缸的结构如图3所示。气缸依旧简化为缸体组件9和活塞组件10两部分。主轴松、拉刀过程：松刀接头充入高压气体，在缸体止动弹簧12的作用下，缸体组件9不动，活塞组件10往上运动，带动限位块13往上运动，定位块13与轴芯8接触后，活塞组件10停止运动，在高压气体不断作用下，缸体组件9压缩缸体止动弹簧12后往下运动，推动拉杆7实现卸刀。拉刀时松刀接头断气，拉刀接头充气，运动过程反之。

与旧结构的主要区别在于松刀过程中，活塞组件10先往上运动，带动定位块13限位轴芯后，通过缸体组件9推动拉杆，轴芯8受到的作用力直接作用在与活塞组件9固连的限位块13上，大大减小了对轴承的冲击，有效保护地轴承，提高主轴的寿命。

[1]吴玉厚，里颂华.数控机床高速主轴系统[M].北京：科学出版社，2012.

[2]黄光景，吴淑就.一种电主轴返向卸刀气缸：中国，201710363526.X[P].2017-05-22.