結構改進（jìn）高速主軸是用於高速加工機床的標準功能部件，它具有（yǒu）轉速高、結構緊湊、安裝簡單等優點，是目前高速（sù）數控銑床、加工中心等產品的常用配（pèi）套件。目（mù）前（qián），CNC 機床生產廠所使（shǐ）用的高速主軸在結構（gòu）與原理並（bìng）無太大的（de）區別，但由（yóu）於其結構緊湊、加工難度較大，因此，大都需要采用專業（yè）生產廠家生產（chǎn）的標準部件。文中（zhōng）介紹（shào）了一種通過改（gǎi）進結構，降低加工（gōng）難（nán）度，且可以方便地實現不同刀（dāo）柄（bǐng）轉換的高速主軸，它不僅（jǐn）易於製造，還具（jù）有使（shǐ）用（yòng）方便靈活（huó）、維修簡單等優點。

      1 問題的提出

      高速主（zhǔ）軸的結構（gòu）如圖1 所示，在原（yuán）來一體式高（gāo）速主軸上，主軸（zhóu）6、拉釘變換套19、錐孔變換套21為整體結構，主（zhǔ）軸6 的前端需要加工與刀具錐柄相配合的錐孔以及用來安裝卡爪連接件18、卡爪20的內孔。整體式高速主軸結構（gòu）主（zhǔ）要（yào）存在以下（xià）兩個問題: ( 1) 為了保證卡爪連接件18、卡爪20 能夠在主軸內部上下靈活運動，位於細長主軸內部的拉釘變換（huàn）套部（bù）位的內部表麵粗糙度要（yào）求高、加工工藝性差，帶來了細長主軸內部高精度孔加工、熱處理等技術難題，使（shǐ）得大多數機床生產廠家都無法生產; ( 2) 整體式（shì）結構的（de）高速（sù）主軸部（bù）件（jiàn）的錐孔及（jí）拉釘孔均直接加工在主軸上( 圖1 中的拉釘變（biàn）換套、錐孔變（biàn）換套部位) ，因此，一種（zhǒng）主軸隻能安裝一種規定的刀（dāo）具，當機床（chuáng）更換不同係列刀具時，必須更換整（zhěng）個主（zhǔ）軸部件，主軸對刀具的適應性差，使用局限性大。

      2 結構的（de）改進

      此次結構改進（jìn）的技術方（fāng）案是: 將（jiāng）主軸（zhóu）前端帶有內錐孔（kǒng）、拉緊結構安（ān）裝內孔的部位與主軸分離，成（chéng）為圖2 所示的拉釘變換套19 與（yǔ）圖3 所示的錐柄變換套21兩個獨立零件（jiàn）。

      拉釘變換套與錐柄變換套的內部尺（chǐ）寸可按不同係列刀具的刀柄與拉釘要求（qiú）設計，以便安裝不同係列的刀具; 變換套與（yǔ）主軸的配合尺寸保持不變，以保證主軸其他部件的（de）通用性; 變換套（tào）與主軸用螺釘、定位銷連接，可方便地進行裝卸與更換; 變換套采用（yòng）完全對稱結構，更換不影響原主軸的動平衡性能與高速特性。

      這樣的結構改進能解決數控銑床、加工中心的刀具適應性問題，它可以（yǐ）在高速主軸性能與整體（tǐ）結構保持（chí）不變的前提（tí）下，使得（dé）同一高速主（zhǔ）軸可以安裝諸如ISO7388 /1、DIN69871-A、DIN69871-B、ANSI B 5. 50、MAS BT 等標準刀具，使目前的（de）專用高速主軸部件變成了一種通用部件。

      結構改進帶來的另一優點是: 它（tā）可以將本（běn）來位於細長主軸內部的、加工精度要求高、加工難度大、工藝（yì）性差的內錐（zhuī）孔與卡爪（zhǎo）安（ān）裝內孔分解到了（le）兩個加工容易、工藝性好的錐柄變（biàn）換套與拉釘變換套上，使得（dé）零件加工變得十分容易。由於錐孔變（biàn）換套（tào）、拉釘變換套的裝卸與更（gèng）換可利（lì）用常規（guī）工具簡單地完（wán）成，更換（huàn）變換套不需要拆卸軸，變換套（tào）更換後無須進行動平衡等方麵的試驗與調（diào）整（zhěng），因此，主軸部件（jiàn）可以大批量、標準化生（shēng）產，部件的生產製造成本低、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，高速主軸主要包括了由前端蓋2、主軸套5、後端蓋8、鎖緊螺母9 等件組成（chéng）的主軸安裝座，鍵1、隔套4、主軸（zhóu）6、調整（zhěng）螺母11、拉釘變換套19、錐柄變換套21組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（chéng）的刀（dāo）具（jù）拉緊機構三大部分。

      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（jī）床上。主軸套5 外部（bù）加工有強製冷卻用的水槽，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（mì）封，以防止加工過程中的冷卻水、粉塵進入前軸（zhóu）承; 後端蓋8 用於後軸承的固（gù）定與密（mì）封;鎖緊螺母9 用於軸（zhóu）承間隙（xì）的調整。

      主（zhǔ）軸體用來安裝、固定（dìng）刀具。主軸體通過前後軸承（chéng）與主軸（zhóu）安裝座（zuò）連接; 前軸承利用主軸前端麵定位（wèi），後軸承由隔套4、隔圈7 定（dìng）位; 軸承間隙可以通過（guò）鎖緊螺母9 進行調節。3 隻前軸承與2 隻後（hòu）軸（zhóu）承的結構形式保（bǎo）證了主軸的軸向與徑向剛性; 前後軸承可以根據主軸實際所需要的（de）最高轉速、載荷選（xuǎn）用。主軸的上（shàng）端（duān）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（luó）母12 與主軸連接，帶輪的（de）上下位置可以通過改變固定件13 與（yǔ）調（diào）整墊14 的厚度進行調整。

      拉緊機構用於刀具的（de）拉緊，該機構可以在主軸內部作上下（xià）移動。在正常( 夾緊) 狀態下，拉杆17 由於碟形彈（dàn）簧15 的作用，帶動卡爪20 上移，這時，安裝在拉杆前端的卡爪被拉釘變換（huàn）套19 徑（jìng）向收縮（suō）後，在夾（jiá）緊拉（lā）釘的同時帶動刀柄上移，使得刀具錐（zhuī）柄與主軸錐孔緊密齧合（hé），刀具22 被固定於主軸體上。為了鬆開刀具，可（kě）向拉杆17 的上端麵施加向下的外力，這（zhè）時，碟（dié）形彈簧15 被壓縮，拉（lā）杆17 帶動卡爪20 下移，卡爪被（bèi）徑向鬆開，刀具上的拉釘處於自由狀態，利用外部機械（xiè）手等裝置，可將刀具從主（zhǔ）軸上卸下。拉杆（gǎn）內（nèi）部加工有氣孔，氣孔通入壓縮空氣（qì）後可（kě）以起到主軸錐孔清洗與保護的作用。

      主軸體前端的錐孔變（biàn）換套21 與拉釘變換套19 是實現刀具變換的關鍵零件。

      拉釘變（biàn）換套( 見圖2) 右端的多級錐孔用來調節卡爪的徑（jìng）向壓縮與鬆開尺寸，可根據不同的拉釘要求，設計、加工成不同的尺寸，以實現主軸的拉釘變換功能。拉釘變換套采用外圓/端麵定位的方式固定（dìng）於主軸上，更換時隻需要取（qǔ）下錐孔（kǒng）變換套21，便可將拉釘變換套從主軸中（zhōng）取出（chū），進行拉釘變換套的快速更換。

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

      4 結論

      通過改（gǎi）進，不僅實現了高速主軸（zhóu）的刀具變（biàn）換（huàn）功（gōng）能，且可以將本來位於細長（zhǎng）主軸內部的、加工精度要求很高、加工難度很大、工藝性很差的錐孔與卡爪安裝（zhuāng）孔分（fèn）解到了兩個加工（gōng）容易、工藝性（xìng）好的錐柄變換（huàn）套與拉釘變換套上，提高了高速主軸的（de）通用性、加工工藝性，使得生產製造、維修變得十分容易。按照該結構生產的高速主軸經過實際使用證明（míng），其性能與整體式高速主軸完全一致。