浅析数控铣床的主轴结构设计

浅析数控铣床的主轴结构设计
摘要自从我国改革开放之后，我国的工业领域发展就十分迅速，工业化水平不断提高，促进了国民经济的迅速发展，尤其是近几年自动化技术在工业领域中的普遍应用，极大提高了工业生产的质量和效率，其中各种工业生产设备的应用，极大的便利了工业生产活动，数控铣床作为工业生产中的常见设备，在工业生产中的高速度，高精度以及高效率等优势，使其在工业领域中发挥的作用越来越大。

在数控铣床结构中，主轴结构无疑是十分关键的，直接影响着数控铣床的应用，所以本文就针对数控铣床的主轴结构设计进行分析，促进数控铣床在工业领域中的应用。

关键词数控铣床；主轴；结构设计
在我国的工业生产领域中，数控铣床作为高速切削技术的主要应用设备，在我国应用十分广泛，有效提高了切削工作的效率和质量，提高了工业生产中的产品加工精度，在高速切削的过程中主轴是极为核心的部件，主轴的结构和质量会直接影响工业生产的质量和效率，所以在现代数控铣床的应用过程中，需要加强对主轴结构的设计，提高主轴的质量，从而促进数控铣床的广泛应用。

1 數控铣床主轴结构特点
主轴是数控铣床结构中最为关键和核心的部件，其主要作用是带动刀具高速旋转，从而实现高速切削，完成加工任务，而在切削工作中，主轴的作用也就具体表现为切削力的承受和为机床提供驱动力。

由于主轴在数控铣床的工作中发挥着重要的作用，承受了巨大的压力，所以数控铣床的工作过程中，主轴想要实现高速旋转，保证加工的质量和效率就必须对自身的结构进行优化，保证自身的可靠性，也就是说，需要有良好的静动态特性。

数控铣床的主轴具有一定的结构特点，主要包括：
（1）主轴的中心为空心，在其中会装弹簧等装置来固定和使用铣刀，方便铣刀的使用；
（2）在主轴的前端会设置一个7：24比例的锥形空洞，在断面上会设置用于将主轴转矩数据传输给铣刀的主轴转矩检测装置；
（3）在主轴的后部会设置用于铣刀放松的液压缸，在日常为铣刀进行保护；
（4）主轴的运转主要依靠齿轮进行，用齿轮进行变速传动；
2 数控铣床主轴结构的设计优化
2.1 进行设计控制
在数控铣床的主轴结构设计优化中，想要保证主轴结构的稳定性和可靠性就需要在设计阶段，就对设计工作进行严格的控制，对数控铣床的主轴进行优化设计，在初始阶段，就做好一系列的检测，检测好主轴的功能性和可靠性，尽量减少误差，这样能够在一定程度上促进主轴结构应用的可靠性和质量。

另外在主轴结构的设计阶段，还要针对主轴应用过程中可能出现的问题，进行提前的预防。

比如说主轴结构在使用的过程中就很容易出现热误差，因此在设计阶段，就需要加强对主轴的冷却系统设计技术，先进的冷却系统，减少热量的产生，并对于主轴的结构薄弱处进行一定的强化和检测，加大主轴与电动机之间的距离，防止电动机在使用过程中产生的过多热量，对主轴的运转造成不利影响。

通过主轴设计阶段的结构优化，可以有效避免其在使用过程中出现各种误差和故障[1]。

2.2 进行温度控制
温度控制是数控铣床主轴结构设计中的必要环节，通过温度控制，可以有效避免数控铣床的主轴在后续的使用过程中，因为温度过高而造成各种故障，从而提高主轴的运行稳定性和质量。

温度控制主要通过冷却系统来完成，其中包括了出水管、回水管、冷却泵等部件，将这些安装在铣床底座的内腔中，通过冷却泵的不断加压和运转，实现切削区的冷却作业，这样能够有效降低数控铣床在运转的过程中释放过多的热量，对主轴运行造成影响。

在数控铣床的冷却系统中，传统的冷却系统是通过风冷系统或者水冷系统来进行的，这在一定程度上能够降低数控铣床在运行过程中产生的热量，但是现在随着数控铣床应用的不断增加，其工作的精确度和效率要求也逐步提高，单一的风冷系统和水冷系统已经无法满足温度控制的要求，所以在现在的数控铣床温度控制工作中，可以将风冷与水冷系统进行有效的结合，但是这样也面临着一个十分突出的问题，就是其运转的过程中，会消耗大量的能源[2]。

2.3 主轴结构优化
这里指的主轴结构优化，主要指的是数控铣床中的主轴及其相关部件的结构设置，一般在数控铣床中，为了能够提高主轴的运行效率，防止热量过高造成故障，会注意将电动机进行后置安装，尽量控制电动机与主轴之间的距离，尽量使二者远离，这样电动机在运行的过程中产生的热量，就不会对主轴造成过多的影响。

另外，将电动机安装在远离主轴的位置，还可以在其余位置来安装散热设备或冷却系统，这样也可以有效降低主轴的热误差[3]。

2.4 设置主轴测温点
在数控铣床的主轴设计优化过程中，对主轴测温点的优化是其中十分重要的内容，由于数控铣床本身具有较高的精密度和复杂性，所以在数控铣床的使用过程中，很多因素都会对其热变形产生影响，测温点的选择很大程度上会影响到数控铣床的热误差，如果常温点的选取不科学，就会使得数控铣床的温度控制工作效率低下，影响热误差模型的预测精度。

所以在进行数控铣床的主轴测温点优化
工作时，需要科学合理的选择测温点，将测温点设置在合理的位置，但是又不能设置过多，防止测温工作耗费大量的人力和物力，影响主轴的温度控制。

在实际的数控铣床主轴测温点选择时，一般会根据数控铣床运行中产生的实际热量大小来进行选取，尽量全面和科学的了解到主轴的温度情况，从而进行有效的控制[4]。

3 结束语
数控铣床在现代工业高速切削工作中应用十分普遍，极大提高了切削工艺的质量和效率，给我国的工业生产和加工提供了极大的便利。

在数控铣床的结构中，主轴是十分重要的部分，主轴的结构和质量，直接影响着数控铣床的运行质量和效率，因此需要对主轴的结构进行优化设计，保证其整体的功能性和稳定性。

参考文献
[1] 伍伟敏.数控铣床主轴减小热误差的结构优化设计[J].山东工业技术，2017，（12）：13.
[2] 崔思明，鲁丙亮.关于数控机床的主轴部件结构分析以及维护方法[J].科技创新与应用，2016，（32）：135.
[3] 罗生梅，乔田忠.JY-5数控铣床主轴动态特性分析[J].机械制造，2015，53（08）：15-17.
[4] 崔陈龙.数控铣床结构及功能特点浅析[J].装备制造技术，2011，（05）：135-136，139.
戴方舟（1990-），男，湖北武汉人，学历：学士，研究方向：机械设计制造与自动化。