曲轴随动磨床头架主轴系统设计
                                              孙婷婷1，周怡君1，曹火光2
                                      (1.东南大学机械工程学院，江苏 南京〓211189）
                                    （2.固耐重工(苏州)有限公司，江苏 苏州〓215400)
    为提高磨床头架的回转精度和磨床的加工精度，研制了高精度主轴系统。主轴由双力矩电机直驱，液体静压轴承支承，从根本上消除了机械传动误差，大大提高了传动效率。首先提出主轴系统的设计方案，其次对主轴电机进行选型，然后对前后静压轴承进行设计，最终完成了曲轴随动磨床头架主轴系统的设计，可为其他设备主轴系统的设计提供参考。


    头架是曲轴随动磨床中非常重要的部件，不仅有定心、支承与夹持工件的作用，还与尾架共同承担驱动工件回转的重任［1］。在头架中，主轴系统又是保证工件回转精度的关键部件。主轴系统的性能将直接影响磨床的加工效率和工件的加工质量［2-3］。近些年来，电主轴凭借“零传动”的优势，越来越多地应用于主轴系统中。著名的有德国Siemens公司、美国Ingersoll公司、日本Okuma公司和Fanuc公司等，他们生产的电主轴主要采用陶瓷轴承和液体动静压轴承支承，功率大、回转精度高。在国内，沈阳工业大学孙巍［4］设计的高速电主轴系统采用前后两套角接触轴承支承；上海机床厂研制的H405-AJ磨床头架主轴系统采用西门子力矩电机驱动，由前后两对角接触球轴承支承［5］；湖南大学曾亚平［1］设计的磨床头架主轴系统，由力矩电机直驱，主轴前端采用角接触球轴承支承，末端采用深沟球轴承支承。综上所述，目前主轴系统大多是由单个力矩电机直驱，球轴承支承。这种结构虽然消除了机械传动误差，在一定程度上提高了传动效率，但球轴承与液体静压轴承相比具有较大的摩擦阻力，限制了主轴的回转精度。
    本文中，头架主轴系统采用内置双力矩电机直接驱动，液体静压轴承支承。力矩电机直接驱动主轴，省去了机械传动部件，从根本上消除了机械传动副本身的传动误差和传动副本身产生的振动，从而提高了系统的运行精度［1］。液体静压轴承实现了纯液体润滑，大大减小了摩擦阻力，提高了主轴的回转精度，从而提高了传动效率。这种结构具有回转精度高、响应快、主轴运转平稳、使用寿命长等优点，能够满足高精度、高效率曲轴随动磨床的需要。

1〓主轴系统设计方案
本文研究的曲轴随动磨床的主要规格参数见表1。

表1〓机床主要规格参数
参数〖〗数值
曲轴长度/mm〖〗9 247
曲轴质量/kg〖〗12 650
曲轴最大回转直径D/mm〖〗840
砂轮转速/(r·min-1)〖〗418
曲轴转速/(r·min-1)〖〗15
径向磨削力Fmn/N〖〗3 000
切向磨削力Fmt/N〖〗1 050


    本文所介绍的主轴系统中，主轴由双力矩电机直接驱动，采用液体静压轴承支承。为了主轴受力均匀，采用静压轴承位于电机两端的布局形式。头架主轴系统示意图如图1所示。



基金项目：江苏省科技支撑计划——工业部分（BE2014084）；东南大学基本科研业务费资助项目
作者简介：孙婷婷（1990—），女，河北高邑人，东南大学硕士研究生，主要研究方向为机械设计。


（文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289）

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