結構改進高速主軸是用於高速加工機床的標準功能部件（jiàn），它（tā）具有轉（zhuǎn）速高、結構緊湊、安裝簡單（dān）等優點，是目前高速（sù）數控銑（xǐ）床、加工中（zhōng）心等產品的常（cháng）用配套（tào）件。目前（qián），CNC 機床生產廠所使用的（de）高速主軸在（zài）結構與原理並無太大的區別，但由於其結構（gòu）緊湊、加工難度較大，因此，大都需要采用專業生產廠家生（shēng）產的標（biāo）準部件。文中介（jiè）紹了一種通過（guò）改進結構，降低加工難度，且可以（yǐ）方便地實現不同（tóng）刀柄轉換的高速主軸（zhóu），它不僅易於（yú）製造，還具有（yǒu）使用方便（biàn）靈活、維修簡單等（děng）優（yōu）點。

      1 問題（tí）的提出

      高速主軸的結構如圖1 所示，在（zài）原來一體（tǐ）式高速主軸上，主軸6、拉釘變（biàn）換套19、錐孔變換套21為整（zhěng）體結構，主軸6 的前端（duān）需要（yào）加工與刀具錐柄相配合的錐孔以及用（yòng）來安裝卡爪連接件18、卡爪20的內孔。整（zhěng）體式高速主軸（zhóu）結構主要存在以下兩個問題: ( 1) 為了保證卡爪連接件18、卡爪20 能夠在（zài）主軸內部上下靈活（huó）運動，位於細長主軸內部的拉釘變換（huàn）套部位的內部表麵粗糙度要求高、加工工藝性（xìng）差（chà），帶來了細長主軸內（nèi）部高（gāo）精度孔加工、熱處理等技術難題，使得大多數機床生產廠家都無法生產; ( 2) 整體式結構的高速主軸部件的錐孔及拉（lā）釘孔均直接加工在主軸上( 圖1 中（zhōng）的拉釘變換套、錐孔變換套部位) ，因此，一（yī）種主軸隻能安裝（zhuāng）一種規定的刀具，當（dāng）機床更換不同係列刀具時，必須更換整個主軸部件，主軸對刀具的適應性（xìng）差，使用局限性（xìng）大。

      2 結構的改進

      此（cǐ）次結構改進的（de）技術方案是: 將主軸前端帶有內（nèi）錐孔、拉緊結構安裝內孔的部位與主軸（zhóu）分離（lí），成為圖2 所示的拉（lā）釘變換套19 與圖（tú）3 所示的錐柄變換套21兩個獨立零（líng）件。

      拉釘變（biàn）換套與錐柄變換套的內部尺寸可按不同係列刀具的刀（dāo）柄與拉釘要求設計，以便安裝不同係列的刀具; 變換（huàn）套與主軸（zhóu）的配合尺寸保（bǎo）持不變，以保證主軸其他部件的通用性; 變換套與主軸用螺釘（dìng）、定位銷連接（jiē），可方（fāng）便地進行裝卸與（yǔ）更換; 變（biàn）換（huàn）套采用完全對稱結構，更換不影響原主軸的（de）動平衡性能與高速（sù）特性。

      這樣的結構（gòu）改進能解決（jué）數（shù）控（kòng）銑床、加工中心的刀具適應性問題，它可以在高速主軸性能與整體結構保持不變的前提（tí）下（xià），使得同一高速（sù）主軸可以安裝諸如ISO7388 /1、DIN69871-A、DIN69871-B、ANSI B 5. 50、MAS BT 等標（biāo）準刀具，使目前的專用高速主軸部件變成了一種（zhǒng）通用部件。

      結構改進（jìn）帶來的另一優點是: 它可以將本來位於細長主軸內部的、加（jiā）工精度要求高、加工難度大、工藝性差的（de）內錐孔與卡爪安裝（zhuāng）內孔分解到了兩個加工容易、工藝性好的錐柄變換套與拉釘（dìng）變換套上，使（shǐ）得零（líng）件加工變得十分容易。由於錐孔變換（huàn）套、拉釘變換套的裝（zhuāng）卸與（yǔ）更（gèng）換可利用常規工具簡單地完成（chéng），更（gèng）換變換套不需要拆卸軸，變換套更換後無須進行動平衡等方麵（miàn）的試驗與調整（zhěng），因此，主（zhǔ）軸部件可以大批量、標準化生產，部件的生產製造（zào）成本低、調整維修十分容易。

      3 原理說明

      刀具可變換高速主軸的結構如圖1 所示，高（gāo）速主軸主（zhǔ）要包括了由前端蓋2、主軸套5、後端蓋（gài）8、鎖緊螺母9 等件組成的主軸（zhóu）安裝座，鍵1、隔套4、主軸6、調整（zhěng）螺母11、拉釘變換套19、錐柄（bǐng）變換套21組（zǔ）成的主軸體及由碟型彈簧15、拉杆17、卡爪連接件18、卡爪20 組成的刀具（jù）拉（lā）緊機構三大部（bù）分。

      主軸安裝（zhuāng）座用於安裝主軸，以便將整個高速主軸部件固定到機床上。主軸套5 外部加工有強製（zhì）冷卻用的水槽，如需要可對（duì）主軸進行強製水冷卻; 安裝座的前端蓋2 用於密封，以防止（zhǐ）加工過程中的冷（lěng）卻水、粉（fěn）塵進入前（qián）軸承; 後端蓋（gài）8 用於後軸承的固定與密封（fēng）;鎖緊螺母9 用於軸承間隙（xì）的調（diào）整（zhěng）。

      主軸體用來安裝（zhuāng）、固定刀具（jù）。主軸體通過前後軸承與主軸安裝座連接; 前軸承利用主軸前端麵定位，後軸承由隔套4、隔圈7 定位; 軸承間隙可（kě）以通過鎖緊螺母（mǔ）9 進（jìn）行調節。3 隻前軸承與（yǔ）2 隻後軸承的結構形式保證了主軸的軸向與徑向剛性（xìng）; 前後軸承可（kě）以（yǐ）根據主軸（zhóu）實（shí）際所需要的最高轉速（sù）、載荷選（xuǎn）用。主軸的上端可以安裝帶動主軸旋轉的同步皮帶輪10，帶輪通過（guò）鍵和帶輪鎖緊螺母12 與主軸連接，帶輪的上下位置可以通過改變固定件（jiàn）13 與調整墊14 的（de）厚度進行調整。

      拉緊機構用於刀具的拉緊，該機構可以在（zài）主軸內部作上下移動。在正常( 夾（jiá）緊（jǐn）) 狀態下，拉杆17 由於碟形彈（dàn）簧15 的作用，帶動卡爪20 上移，這（zhè）時，安（ān）裝在拉杆前端的（de）卡爪被拉釘變換套（tào）19 徑向（xiàng）收縮後，在（zài）夾緊拉釘的同時帶動刀（dāo）柄上（shàng）移（yí），使得刀具錐柄（bǐng）與主軸錐（zhuī）孔（kǒng）緊密齧合，刀具22 被固定（dìng）於主軸體上。為了鬆開刀具，可向拉杆17 的上端麵（miàn）施加向下的（de）外力，這時，碟形彈簧15 被壓縮，拉杆17 帶動卡爪20 下移，卡爪被徑向鬆開，刀具上的拉釘處於自由狀態，利（lì）用外部機械手等（děng）裝置，可將刀具從主軸上卸下。拉（lā）杆內部加工有氣孔，氣孔通入（rù）壓縮空氣後可以（yǐ）起到主軸錐孔清洗與保護（hù）的作用。

      主（zhǔ）軸體（tǐ）前（qián）端的錐孔（kǒng）變換套21 與（yǔ）拉釘變換套19 是實現（xiàn）刀具變（biàn）換的關鍵零件。

      拉釘（dìng）變換套( 見圖2) 右端（duān）的多級錐孔用來調節卡（kǎ）爪的徑向壓縮（suō）與鬆開尺寸，可根據不同的拉釘要求，設計、加（jiā）工成不同的尺寸，以（yǐ）實（shí）現主軸的拉釘變（biàn）換功能。拉釘變換套采用外（wài）圓/端麵定位的方式（shì）固（gù）定於主軸上，更換時（shí）隻需要（yào）取下錐孔變換套21，便可將拉釘變換套從主軸中取出，進行拉釘變換套的快速更換。

      錐孔變換（huàn）套( 參見圖3) 的內錐孔用來齧合刀具，可根據不同的刀具係列，設計、加工成不同的尺寸，以實現主軸的錐孔變換功（gōng）能。錐孔變換套采用外圓/端麵定位與（yǔ）主軸配合，並通過8 個安裝螺釘與2個定位銷固定於主軸上，更換變換套隻需要鬆開螺釘、取下定位銷便可快速完成。

      4 結論

      通過改進，不僅（jǐn）實現了（le）高速主軸的刀具變換功能，且可以將本（běn）來位於細長主（zhǔ）軸內部的、加工精度要求很（hěn）高、加工難度很大（dà）、工藝性很差（chà）的錐孔與卡爪安裝孔分解（jiě）到了兩個加（jiā）工容易、工藝性（xìng）好的錐柄（bǐng）變換套與拉釘變換套上，提高了高速主軸的通用性、加工工藝性（xìng），使得生產製造、維修變得十分容易。按照（zhào）該結構生產的高速主軸經（jīng）過實際使用證明，其性能與整體（tǐ）式高速主軸完全一致。