数控机床主轴结构的改进和优化设计.pdf

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1、设计与制碴·机械研究与应用·数控机床主轴结构的改进和优化设计徐燕(天水星火机床有限责任公司，甘肃天水741024)摘要：基于优化设计理论的基本思想及其求解方法，将其应用于机床主轴的结构设计，建立了机床主轴结构优化设计的数学模型，并用内点惩罚函数法求解模型，得到了整体最优的结构设计方案，使机床主轴在满足各种约束要求条件下，刚度最好，材料最省。关键词：机床主轴；轴承；调整；优化设计；数学模型中图分类号：TG659文献标识码：A文章编号：1006—4414(2011)03-0115—03Improvementandoptimizationabouts

2、pindlestructureofCNCmachineXuYan(TianshuiSparkmachinetoolCo．，Ltd，TianshuiGansu741024，China)Abstract：BasedOilbasicideologyandsolutionofoptimizationdesigntheory，thetheoryis印puedtostructuredesignofma-chinespindle，themathematicmodelofspindlestructureoptimizationissetup，andinteri

3、orpointpenaltyfunctionmethodisusedtosolvemode1．Structuredesignplanisgot，whichmakesmachinespindlehasthestrongestris~dityandlessmaterialun-dertheconditionofmeetingalkindsofrestraint．Keywords：machinespindle；bearing；modulation；optimizationdesign；mathematicmodel1数控机床主轴结构改进速机床就不十分

4、有利。在数控机床中，主轴是最关键的部件，对机床起123456789着至关重要的作用，主轴结构的设计首先考虑的是其需实现的功能，当然加工及装配的工艺性也是考虑的因素。目前机床主轴设计普遍采用的结构如图1所示。图中主轴1支承在轴承4、5、8上，轴承的轴向定位通过主轴上的三个压块紧锁螺母3、7、9来实现。主轴系统的精度取决于主轴及相关零件的加工精度、轴承图l通用机床主轴结构图1．主轴2．法兰盘3．圆螺母4．双列圆柱滚子轴承5．球轴的精度等级和主轴的装配质量。在图1中主轴双列承6．调整垫7．圆螺母8．双列圆柱滚子轴承9．螺母圆锥滚子轴承4的内锥孔与主轴

5、1：12外锥配合的好坏将直接影响轴承的工作精度，一般要求其配合接经过多年的积累，该公司对主轴结构的设计作了触面积大于75％，为了达到这一要求，除了在购买轴多方面的改进，改进后的主轴结构见图2，与原设计承时注意品牌和等级外，通常在设计时对主轴的要求主要不同是主轴取消了双列圆锥滚子轴承4，全部改较高，两端的同轴度为0．O05mm，对其相关零件，如为角接触球轴承接触，改善了主轴的加工工艺和装配螺母3、7、9和隔套6的端面对主轴轴线的跳动要求工艺。这种主轴取消了两端的圆锥部分，加工就很容也较高，其跳动值一般要求在0．O08mm以内。对一易，保证前后两端

6、的同轴度，同时对压块锁紧螺母的般压块螺母的加工很难保证这么高的精度，因而经常加工要求也可以适当降低。出现主轴精度在装配时超差，最终不得不反复调整圆改进后的主轴装配工艺如下。螺母的松紧，而勉强达到要求，但这样的结果往往是(1)将前端四盘轴承加热后，依次将轴承和隔套轴承偏紧，精度稳定性差，安装位置不精确，游隙不均装进主轴，拧紧锁紧螺母。匀，造成工作时温升较高，噪音大，震动厉害，影响工(2)将主轴装进主轴箱内，端盖配好高度后上紧件的加工质量和轴承的寿命。但对于重型数控机床，螺母。用圆锥滚子轴承，其承载负荷大，运转平稳，精度调整(3)直接装后端的两盘轴

7、承，最后上紧前后两端好时，其对机床的精度保持性较好，可对于轻型及高收稿日期：2011-03-30作者简介：徐燕(1980一)，女，甘肃天水人，助理工程师，主要从事机床研究与设计工作。·115·设计与制堵·机械研究与应用·的螺母。料，降低成本。即：这种主轴结构，在装配零件全部合格的前提下，F(X)=oc,()+∞(X)—min一次装配后主轴的各项精度都能满足要求，不像改进式中：()为反映刚度的函数，()=；前还需要用千分表反复调整。由于提高了主轴的装配精度，因而主轴温升降低，一般可稳定在20℃以厂2()为主轴的体积，()=1叭上，2一d2)(1+

8、口)；内，这种改进大大延长了机床主轴的使用寿命。，oJ为加权因子，反映备分目标函数的重要程度，由统一权法可得。，为截面C的惯性距：，击1T(∥一d4)