卧式铣镗床主轴组的三种结构及优缺点

王一楠

（沈阳机床股份有限公司中捷立加分公司，辽宁沈阳110142）

卧式铣镗床主轴组的三种结构及优缺点

王一楠

（沈阳机床股份有限公司中捷立加分公司，辽宁沈阳110142）

介绍了目前卧式铣镗床的三种主轴结构型式，对一层、二层、三层主轴结构进行了详细地阐述，并结合图片和实际使用效果总结了各种结构的优缺点，为今后卧式铣镗床的设计提供参考。

卧式铣镗床；主轴结构；优缺点

主轴组是机床的最为重要部件之一。在普通数显卧式铣镗床的设计中，主轴组结构同样占据着极其重要的地位，铣镗床需要通过镗杆来装夹各种的刀具与平旋盘等附件来完成切削加工工作，而且镗杆还需要完成伸缩运动。这就使得镗床主轴组的受力和结构相对复杂和庞大。本文主要介绍卧式铣镗床主轴组的三种经典结构型式及优缺点。

1 一层主轴结构

目前一层主轴组结构还没有可伸缩的主轴，在国外有一些派生出来的铣镗床及变型产品使用此种主轴型式，见图1.很显然，这种型式结构简单，刚度较好，精度较好，但是它的工艺范围较小，调整麻烦，主要适用于以铣为主或短孔零件的加工，一般用于小而“专用”的小型卧式铣镗床，或者加工中心等自动化程度要求较高的机床上。

图1 一层主轴组结构

2 二层主轴组结构

二层主轴组结构主要是由主轴和空心主轴所组成，按其结构可分为两种[1]：铣轴直接支撑在主轴箱体上和空心主轴或铣轴前部轴承支撑在法兰盘内。

（1）铣轴直接支撑在主轴箱体上

此种结构，平旋盘为可拆卸式平旋盘，直接固定在空心主轴上，见图2.此结构优点[2]是：（a）主轴中心线可靠近立柱导轨大面，因而颠覆力矩较小，振动也可减小；（b）主轴组结构简单，零件数量少，累计误差小，回转精度较高；（c）铣轴的前部轴承可直接装在主轴箱体上，主轴的最小悬伸相对缩短，主轴的刚性较好；（d）铣轴受限较少，可以采用较合理的设计，可采用三点支撑；（e）可在铣轴前端安装主轴夹紧机构，相应减小主轴的最小悬伸，增强主轴的刚度，减少振动，切削时效果更为显著；（f）结构简单，加工、装配与维修都比较方便；（g）可以安装比较多的机床附件，扩大机床的加工范围。

图2 二层主轴组结构

此种结构的缺点如下：（a）由于采用可拆卸平旋盘，这会引起主轴箱重心的偏移；（b）使用平旋盘重切时，铣轴前部轴承受力大；（c）主轴箱上安装空心主轴轴承的孔易磨损；（d）铣轴的定心面较易磨损；（e）不能实现成组装配，拆装浪费时间。由于以上缺点，采用此种结构的镗床也越来越少。

（2）空心主轴或铣轴前轴承支撑在法兰盘内

此种结构，平旋盘可以为可拆卸式，也可以采用固定式两种型式，主轴组结构见图3，但可拆卸式的平旋盘直接固定在空心主轴上。固定式平旋盘轴承通常固定在法兰盘上，而铣轴前部轴承则是固定在法兰盘内，如沈阳机床的TPX6ll3系列的普通数显式卧式铣镗床就采用了固定式结构。此种结构介于三层主轴组和两层主轴组的结构之间，也叫两层半主轴组结构。此种结构的优点是：（a）可以采用成组装配方式，提高装配效率；（b）主轴组结构较为简单，零件少，累计误差小，主轴回转精度高[3]；（c）当平旋盘为可拆卸时，可以安装可拆卸式平旋盘、直角型铣头、万能型铣头等机床附件，增加机床工艺范围；（d）结构较简单，制造与维修方便；（e）空心主轴或铣轴设计较为合理，可以设计为三点支撑结构。其缺点有：（a）铣轴前轴承作用在法兰盘上，主轴前端夹紧困难，因之主轴系统刚性较差[4]；（b）主轴中心距立柱导轨大面距离较大；（c）平旋盘轴承规格较大。

3 三层主轴组结构

三层主轴组结构主要由主轴、空心主轴及平旋盘主轴组成，见图3及图4.沈机TPX61l1B系列和昆机TX68系列等卧式铣镗床均采用这种结构。国内最近设计的卧式铣镗床中采用较少，国外一些国家的卧式铣镗床也有一部分采用这种结构，但是所占比重越来越少。

图4 三层主轴组结构

采用此种结构的最大特点是平旋盘被固定在平旋盘主轴上，具有固定式平旋盘的优点：平旋盘主轴轴承支撑跨距大，平旋盘刚性较好；其次，平旋盘主轴轴承规格小。

但此结构的缺点是：（a）空心主轴轴承的润滑较为困难；（b）主轴中心线距立柱导轨大面的距离加大，致使其颠覆力矩增加，稳定性降低，振动加剧；（c）使用的较多轴承，零件之间重叠较多，误差累计大，主轴回转精度因此较低；（d）空心主轴的形状受到限制，支撑距过大，空心主轴上的大齿轮只能靠近后轴承安装；（e）空心主轴前轴承装在平旋盘主轴内，而不是直接装在主轴箱上，此轴承对主轴部件刚度影响是十分重要的，这样无疑降低了空心主轴的支撑刚性，加长了空心主轴和主轴相对主轴箱的最小悬伸，此外由于支撑零件增多，弹性变形增大，因此主轴组部件的刚度较低。因此，采用此种结构的卧式铣镗床逐渐减少。

4 结束语

本文比较了卧式铣镗床主轴组的三种结构。通过对比可以看出，主轴宜采用二层主轴型式，其铣轴前轴承直接支承在主轴箱上，二层半主轴结构更加具有优势，所以此种结构被普遍用于卧式铣镗床甚至是数控铣镗床主轴结构中。希望本文能为铣镗床类产品的主轴设计提供参考和思路。

[1]王一楠，李龙华，400 t预应力框架式液压冷拔机机架有限元分析[J]．机械工程师，2009（10）：66-67.

[2]王一楠，李翊群，杨小娟，等.一款新型数控卧式铣镗床及其基于ANSYS的下滑座有限元设计[J]．中国科技纵横，2016（10）：106.

[3]王显春，韩涛，杨凤清，等，TPX619B普通卧式铣镗床主运动齿轮材料与热处理工艺研究[J]．机械管理开发，2012（4）：23-24

[4]《机床设计手册》编写组.机床设计手册[M]．北京：机械工业出版社，1986.

Three Types of Spindle Structure of Horizontal milling& Boring Machine and Advantages&disadvantages

WANG Yi-nan
（Shenyang Machine Tool Co.，Ltd.，Shenyang Liaoning 110141，China）

This paper introduces the three kinds of horizontal boring and milling machine spindle structure of one layer，two layer，three layer structure of the spindle in detail，and combining images and the actual results and summarizes the advantages and disadvantages of various structures，for the future design of horizontal milling machine to provide reference.

horizontal milling machine；spindle structure；advantages and disadvantages

TG531

A

1672-545X（2017）03-0238-03

2016-12-11

王一楠（1984-），男，辽宁沈阳人，工程师，工学硕士，主要从事铣镗床和立式加工中心的设计等技术工作。