數控車銑切削機床金（jīn）屬主軸部件設計研究

數（shù）控車銑切削機床以（yǐ）其高效、環（huán）保等優點被（bèi）廣泛應用在機械加工中，主軸部件的運（yùn）轉影響著數控車銑機床的（de）效（xiào）率，研究數控車銑切削（xuē）機床金屬主軸部件設計。在數（shù）控車銑切削機床金屬主軸部件設計中，通過繪（huì）製金屬主軸部件結構圖，為後續零件製作打好（hǎo）基礎（chǔ）。製（zhì）作（zuò）彈（dàn）性環連接皮帶（dài）輪，維護主軸的平衡性。關聯機床金屬主軸相鄰件穩（wěn）定程度，確定其與（yǔ）多個組件的連接關（guān）聯性（xìng）能。穩定碟刹（shā）位置完（wán）成主軸部件設計，完成數控機床（chuáng）的切削工序。通過實驗論證分析，本文（wén）方法設計的金（jīn）屬主軸部件的振動頻率與（yǔ）數控車銑機床的運行狀態基本一致，產品的加工符合檢驗（yàn）標準，本文方法具有實用性。

關鍵詞 ：數控機床 ；數（shù）控車銑切削機床 ；主軸部件（jiàn） ；金屬主軸部件設計 ；切削（xuē）力（lì） ；滾動軸承

我國是製造業大國，製造行業在經濟發展中起著推動作用，數控機床作為製造行業的（de）關鍵組成部分，對其自身的質量有著較高的要求，因此在（zài）對關（guān）鍵部件的設計上（shàng），需要嚴格控製機床結構，保證機床的動力學性能。數控（kòng）機床是現代（dài）製造技術與數字技（jì）術結合而成的（de）產物，隨著現代化科技水平不斷提高，我國數控機（jī）床的主（zhǔ）軸部（bù）件製作（zuò）也在不斷優（yōu）化升級，使用精（jīng）度越來（lái）越高，並逐漸向環保、智能的方向發展。

數控車銑切削機床的機械加工（gōng）方法是利用多刀切削的方式進行的，它的生產效率（lǜ）較高，因此對主軸（zhóu）的轉速等設計要求嚴格（gé）。高速切（qiē）削已在世界範圍內廣泛使用，但我國的研究還始終處於發（fā）展（zhǎn）階（jiē）段，數控機床技術精度的提高對國家的各個領域都有著積（jī）極地影響，尤其是精密（mì）器械和高精度的醫療設備（bèi），數控機床的發展能夠（gòu）為科（kē）研的進步提供獨特的優勢（shì）。

主軸（zhóu）部件是整個（gè）數控機床（chuáng）的重要部件之一，也是影響機床（chuáng）安全運行，保證機床（chuáng）功能的重要因素，因此本（běn）文對數（shù）控（kòng）車銑切削機床的金屬主軸部件進行（háng）設計（jì），分析其性能，保證軸承設計的精確度，使本（běn）文設計金屬（shǔ）主軸部件能夠滿足當前數控車銑切削機床的加工要求，控製切削力（lì），避免在操作過程中產生誤（wù）差，從而保證加工質量達到預期效果，為日後（hòu）的主（zhǔ）軸部件設（shè）計研究提供一定的參考。

1、數（shù）控車銑切削機床金（jīn）屬主軸（zhóu）部件設計

    1.1繪製金屬主軸部件結構圖

數控車銑切削（xuē）機床作為高精尖工業的基礎依仗，對（duì）多種製造裝備也提供了（le）加工基礎支撐，在（zài）高密度和（hé）高（gāo）精度的工作原則下，其內部的主軸裝置對工作的（de）完整度對造成一定影（yǐng）響，若主（zhǔ）軸（zhóu）出現問題或設計精（jīng）度不夠的情況下，會造成後續加工精度不良的後果，影響（xiǎng）機床（chuáng）加工的安全運行，由此對數控車銑切削機床的主軸部件進行設計。此次選擇金屬材質的主軸最為設計材料，主軸部件作為構成數控車銑切（qiē）削機床的關鍵部分之一（yī），它包（bāo）括主軸、軸承、皮帶輪等許多（duō）零件。主軸部件的質量影（yǐng）響著數控車銑機床的加工質量，主軸的轉速決定著數控車銑機床的工作效率，因此主軸部件的設計至關重要，在設計中需要滿足作業精度，受熱穩定、剛度好的要求。

根據圖中內容可知，在機床金屬主軸的部件設計中，需要確定主軸轉子和帶輪的相對位置，並根據數控（kòng）機床（chuáng）的切削力度安置拉（lā）刀杆的位置。通過拉刀杆的理想安裝位置在其相鄰位置進行位移傳感器的安裝，運用（yòng）多個蝶形彈簧控製拉刀杆的前進和後（hòu）退距離（lí）。本文主軸的前支承運用角（jiǎo）接觸球（qiú）軸承，後支承運用深溝（gōu）球軸承，是軸向能夠靈（líng）活調（diào）節（jiē），與主軸的冷熱軸的延伸方向相匹配，控製主軸在運行中受到熱量的影響而產生的偏差，通過在主軸前支（zhī）承安裝螺母，改變軸向與徑向的間距。為了穩（wěn）定主軸在（zài）運行狀態下的主（zhǔ）軸（zhóu）溫（wēn）度，在主軸外部（bù）采用（yòng）冷卻結構。在主軸設計（jì）中，主軸和皮帶輪的連接影響著主（zhǔ）軸部件的平衡狀態，因此在這一環節的研究（jiū）設計是非常必（bì）要的。主軸分（fèn）度定位鎖緊的穩定性影響著數控車銑切削機床（chuáng）的加工質量和性能（néng），因此需要設計碟刹結構（gòu）穩定主軸部件的振動頻率。在確定好數控機床的金屬主軸部件（jiàn）結構組成後，對其內部的連接組件進行依次確定，其中每個組件需要在皮帶（dài）的連接作用下進行相連，通過製作具有彈性的連接皮（pí）帶輪進行皮帶安置，以此完成相鄰組件的安裝工作。

    1.2 製作彈（dàn）性環連（lián）接皮帶輪（lún）

皮帶輪作為連接主軸和（hé）其（qí）他相鄰組件的關鍵部件之一，能夠將主軸和其他具備切削工藝的組件進行聯係，完成對不同性質材料的切削工作，為主要的數控機（jī）床切削構（gòu）件。作為連接不（bú）同組件的關（guān）鍵環節，其連接點（diǎn）的位置是控（kòng）製強度的主要因素，可以對（duì）不同的（de）主軸部件的切削力度進行控製，主軸與皮帶輪的連接度是影響主軸（zhóu）平衡性的關鍵，如果連接強度不夠，則會（huì）使主軸與皮帶輪接（jiē）觸點的承受力過於集（jí）中，在兩者（zhě）之間產生間隙（xì），影響皮帶輪（lún）的穩（wěn）定性能，導致皮帶輪在運轉過程中發生偏（piān）離，主軸產（chǎn）生（shēng）振動，影響機床的加工質量。以此為基礎利用 BIM 技術（shù）手段，將金屬主軸部件的相關參數導入至（zhì）計算機中，通（tōng）過數控機床的不用切削角度和力度，進行連接點位的皮帶輪輔助彈（dàn）性參數信息設計，根（gēn）據大數據下的數控機床工作切削度（dù），對各加工單位的工藝標準進行平均整合，綜（zōng）合考慮符合大多數加工行（háng）業的行為標（biāo）準。考慮到以上（shàng）因素，本文通過彈性（xìng）環的製作將主軸與皮帶輪進行連接（jiē），主軸與皮帶輪的連接和動作（zuò）使由彈性環的摩擦力實現的（de），因此在這一過程中不會（huì）產生對主軸和皮帶輪的磨損。同時，製（zhì）作串聯的彈性環可以（yǐ）應對成倍（bèi）的載荷，彈性環通（tōng）過擰緊（jǐn）螺紋的軸向壓緊力均勻分布在各彈性環上，將（jiāng）可能產（chǎn）生間隙的位（wèi）置進（jìn）行（háng）縮短和拉近，使內環與主軸緊密相連，外環與皮（pí）帶輪充分接觸，通過多環串聯的方式建立皮帶輪與主軸的連接。由（yóu）於在連接過程中第一對彈性環所（suǒ）受到的（de）壓緊力和負荷最大，因此設（shè）計單側軸向的彈性環最多為 3 對（duì），雙側軸向的彈性環最多為 6 對。彈性環若在工（gōng）作（zuò）過程中產生局部變形，會（huì）出現（xiàn）皮帶輪與主軸的難以拆卸的現象，因此在彈性環製作完成後需要對（duì）彈（dàn）性環進行校（xiào）核，以檢驗彈（dàn）性環在連接皮帶輪和主軸的性能。

    1.3關聯機（jī）床金（jīn）屬主軸相鄰件穩定（dìng）程度

根據數控機床彈性環連接皮帶的製作（zuò），在確定其與（yǔ）金屬主軸的連接點位置後，對相（xiàng）關具有聯係性的（de）組件穩定程度進行關聯，以此確保金屬主軸在切削過程中，與相鄰組（zǔ）件的（de）穩定程度。以數控機床金屬主軸的工作運行軌跡，在其進行切削工藝過程（chéng）中（zhōng）建立對應坐標係，利用 BIM 技術進行主軸轉動的關聯位置定點，對能夠圍繞主軸金（jīn）屬運動線路的相關構件進行標記，按照轉動的聯動順序進行依次組裝。由（yóu）於數控機床的切削加工，屬於一個複雜的多麵性工作（zuò）流程，在（zài）內部金屬主軸構件和其他相關構件的連接形式上，要分成不同的類型，避（bì）免穩定關聯過程中出現切削運動的誤差（chà）。將數控機床的金屬主軸連接（jiē）按照刀具的運行角度，進行多個類別關聯程度的（de）劃分，在主軸拉刀杆的推進過（guò）程中，受彈簧的給進速度會產生（shēng）切削誤差，通過 BIM 機床坐標軸的運行匹配方式，建立（lì）對應運行補償模型，對（duì）相（xiàng）連組件的運行軌跡進行分布，完成關聯機（jī）床金屬主軸和（hé）相（xiàng）鄰組件的穩定係數確定。以金屬主（zhǔ）軸的拉刀杆作為坐標中心，在機床切削開（kāi）始時其運行軌跡按照橫坐（zuò）標的數值進行行進，對應的關聯組件位置（zhì）由縱坐標數據來標記，當（dāng）兩個行進的切削數值能夠形成正相關關係時，表示相連（lián）組件能夠和拉刀杆（gǎn）的切削軌跡重（chóng）合，保證數控機床（chuáng）在切削過程中不（bú）會（huì）出現給（gěi）進速度的（de）誤差，使得相鄰組件和金屬主軸能夠保持穩定的運（yùn）行狀態。在此基礎上（shàng）對彈性環的連接形式（shì）加以確定，通過各部（bù）分組件的運行管（guǎn）理程度，確定（dìng）金屬主軸的穩定碟（dié）刹位置，用於數控機床的切削進度控製。

    1.4 穩定碟刹位置完成主軸部件設計

碟刹部件（jiàn）能夠通過鎖緊力（lì）將主軸固定（dìng），起到製動的功能。由於碟刹部件不能實現對任意角度的分度，並且（qiě）結構複雜，在操作流程上也具有一定的難度，一旦操作不當就會影響數控（kòng）機床（chuáng）的作業精度，因此在主軸部件（jiàn）設計中，需要對碟刹位置進行重點研究，通過分級的角度鎖緊，穩定碟刹位置（zhì），使其不受角度的限製（zhì），能夠與其他部件相（xiàng）配合（hé）。

碟刹部件通過油缸頂出導杆刹車，在油缸頂出時隻存在一個動力源，油缸活塞會（huì）在接（jiē）觸到刹車盤後停止活動，刹車（chē）銷軸能夠將主軸產（chǎn）生（shēng）的推力轉移到刹車盤上，在此（cǐ）過程中能夠產（chǎn）生較大摩擦力矩，使油（yóu）缸釋放熱量，起到抱（bào）緊主軸（zhóu）的作用。因此，穩定碟刹位置需要將刹車銷軸對應分布（bù）在（zài）刹車盤兩（liǎng）側，避免刹車盤在受到銷軸（zhóu）的推力後加大彎矩。碟刹位置的變化影響著碟刹部件的製動效能，使液壓油在換向閥中正常通過，按照標示方向到達閥芯位置，帶動活塞推動刹車銷軸是使（shǐ）碟刹部件正常運行的前提，通過壓緊力使刹車盤穩定，主軸保持靜止，完成（chéng）切削工序實現主軸部件的設計和應用。

至此，在分析數控（kòng）機床的金屬主軸切削（xuē）作用下，通過對金屬（shǔ）主軸部件結構圖的繪製，對各個相關組件進行位置確定，利用皮帶的連接（jiē）形式，製作連接（jiē）皮（pí）帶的彈性環輪，對（duì）主軸的平衡性進行維護（hù）。設置機床金屬（shǔ）主軸（zhóu）與相鄰件的關聯穩定程度，確定其與多個組件的連接關（guān）聯性（xìng）能（néng），在穩定碟刹位置的定點中進行切削進度（dù）控製，完成數控機床的主軸部（bù）件設計。

2、 實驗論證分析（xī）

     2.1選擇實驗對象

本文在研究數控機床的金屬主軸切削作用（yòng）下，設計了一個新的（de）金屬（shǔ）主軸裝置，為驗證此次設計對象具有應用價值，利用實驗測試的（de）方式，檢（jiǎn）驗其在數控機床切削工作中的有效性。為保證實驗環境的真實性，在對金屬主軸測試中選擇實地檢測進行效果驗證，已完成不同切（qiē）削方式下金屬（shǔ）主軸對切削（xuē）工作的效果研究。數控機床的金屬主軸在切削過程（chéng）中，其切削（xuē）強度和速度能夠對機床產生振動頻率，振動頻率越高產生（shēng）的切削（xuē）振（zhèn）動紋路越標準。本文將使用本文部件（jiàn）的數控車銑切削機床為實驗（yàn）對象，選取了兩（liǎng）種不同的切削方式加工（gōng）齒（chǐ）輪進行實驗，得到 2 組實驗數據，測（cè）試（shì）機床產生振動的頻（pín）率。第一種切削方式為外圓車削，測設設備采用外圓車刀，第二種（zhǒng）切削方式為橫向切斷（duàn）麵，測試設備為硬質合（hé）金切刀。

根據表中內容，對不同的切削（xuē）方式進行參數設置，為保（bǎo）證不同（tóng）工藝形式下（xià）此次設計的金屬主軸均（jun1）能夠滿足切削要求，按照同樣的主軸轉速和給進速度進（jìn）行測試。由於機床在實際切削過程中具有（yǒu）特（tè）定（dìng）的（de）運動軌跡，為保證相同加工零件的振動紋路測試效果，對兩個切削方式的下刀（dāo）深度進（jìn）行設置，均以 8mm 的深度進行切削控製，且每（měi）個組別的實驗切削次數（shù）不少 50 次，保證所（suǒ）得數據的真實（shí）性。

     2.2  機（jī）床切削過程與結果分析（xī）

根據上述設置的數控機床切削參數進（jìn）行測試，對不同切削方式的工藝結果進行采樣，以隨機采樣的方式，設定其采樣頻率為 1800Hz，並將加速度傳感器安裝於機床坐標係 Y 軸，進行機床振動的速（sù）度頻譜分析（xī）。

（a）為外（wài）圓切削 Y 相加速度頻譜圖，（b）為橫向切削 Y 向加速度頻譜圖。當切削寬度逐漸變大時，機床的振動頻率會（huì）逐步提升，主軸是引起切削振動的主要部件，根據再生顫振原理可知，振動的（de）頻率與（yǔ）機床整體結構固有頻（pín）率相關。根據頻譜波形圖（tú）得（dé）到機（jī）床發生振動的頻率如表 2 所示。

2 組實驗所的振動頻率在 170Hz ～ 220Hz 的範圍內，其平均值為 195Hz，結合（hé）頻譜波形情況可知，機床在120Hz 和 200Hz 兩個頻率值下的狀態薄（báo）弱，其振動結果與機床運行狀態是比較（jiào）吻（wěn）合的。在切削實驗結束後檢驗加工的齒輪成品如圖（tú） 3 所示。

齒輪孔麵製作均勻（yún），齒（chǐ）輪之間可以高（gāo）度（dù）重合，內孔及端麵（miàn）符合產（chǎn）品加工檢驗標準，機床的加工（gōng）性能達到了設（shè）計要（yào）求。通過對金屬主軸部件的設計，數（shù）控車銑（xǐ）切削機床在應用中具有較好的加工性能。綜合（hé）測試結果可知（zhī） ：在選用不同的切（qiē）削（xuē）方式下，對本文（wén）設（shè）計的金屬主軸進行切削測試，其能夠將數控機（jī）床工作（zuò）時的（de）振動頻率控製在有（yǒu）效範（fàn）圍內（nèi），保證機床的加工成品具備良好（hǎo）性能，符合實際的生產需求，能夠在數控機床（chuáng）中進行推廣應用。

3、 結語

隨著數控機床技術的不（bú）斷更新與升級，車銑切削（xuē）機床在工業製造（zào）中（zhōng）發揮著（zhe）積極的作用，本文（wén）以滿足數控車銑（xǐ）切（qiē）削機床的性能為立足點，設計了金屬主軸部件，取得了一定的成果，但仍然存在著諸多不足，有待於進一步深入研究。如（rú）在研（yán）究中沒有充（chōng）分考（kǎo）慮軸承運轉狀（zhuàng）態下，熱量對於軸承變化的影響，對於主軸結構的參數的研究上還（hái）不（bú）夠全（quán）麵，沒（méi）有（yǒu）考慮到主軸全部結（jié）構的尺（chǐ）寸以及承受力，在今後的研究與應用中需要進一步完善和改進（jìn）。

來源：數控機床市場（chǎng）本文部分素材來源於互聯網未找到原作者，如發現侵占利益可聯係刪除