机床主轴返向卸刀缸设计
萧贵源 吴淑就
来源：东莞市巨冈机械工业有限公司
摘 要：主轴是数控加工中心的核心功能部件，是加工刀具的载体，它的稳定性及寿命直接影响整台数控加工中心的品质。主轴的结构设计直接影响主轴的寿命。介绍一种新型的返向卸刀缸，用于主轴松刀时保护轴承，从而提高主轴寿命。
关键词：主轴 机床 反向卸刀缸
1 、技术背景介绍
主轴是数控加工中心的核心功能部件，主轴的性能直接影响加工中心的加工精度。为保证主轴的平稳运转，需要在主轴轴芯两端安装超精密轴承固定，通常下轴承采用定位预紧，上轴承弹性预紧。主轴加工中经常更换刀具以保证不同的加工需求，主轴松刀过程中会对轴承造成很大的冲击，卸刀缸产生的作用力会直接作用到下轴承上，加快轴承内部变形及磨损，大大降低了轴承的使用寿命。
2、旧卸刀缸结构
以气动卸刀缸结构为例，旧结构如图1所示。为简化说明，此处气缸简化成缸体组件 9 和活塞组件 10 两部分。主轴松、拉刀过程：松刀接头充入高压气体，活塞组件 10 往下运动，推动拉杆 7、拉爪 3 下行后张开，与刀柄 1 分离，完成卸刀；拉刀时，松刀接头断气，拉刀接头充入高压气体，活塞往上运动，在拉杆弹簧 5 作用下，拉杆 7 往上运动，完成拉刀。
1. 刀柄；2. 下轴承；3. 拉爪；4. 预紧弹簧；5. 拉杆弹簧；6. 上
轴承；7. 拉杆；8. 轴芯；9. 缸体组件；10. 活塞组件
图 1 旧气缸结构
卸刀过程中，拉杆 7 受到的推力直接通过拉杆弹簧 5传递到轴芯 8 上，由于上轴承 6 有预紧弹簧 4 作用，受力时能往下移动，不对对齐造成损坏。而下轴承 2 是定位预紧，传递到轴芯 8 的推力直接作用在轴承 2 上，一般小型刀柄松刀力在 2 ～ 7k N，大的刀柄达到 10k N，如此大的冲击力长期作用，会加剧轴承滚道磨损，严重时甚至产生凹坑，直接导致轴承报废，如图 2 所示。
图 2 轴承内圈冲击凹坑
1. 刀柄；2. 下轴承；3. 拉爪；4. 预紧弹簧；5. 拉杆弹簧；6. 上轴承；7. 拉杆；8. 轴芯；9. 缸体组件；10. 活塞组件；11. 缸体外套；12. 缸体止动弹簧；13. 限位块
图 3 返向卸刀气缸
3、返向卸刀缸结构
采用返向卸刀缸的结构如图 3 所示。气缸依旧简化为缸体组件 9 和活塞组件 10 两部分。主轴松、拉刀过程：松刀接头充入高压气体，在缸体止动弹簧 12 的作用下，缸体组件 9 不动，活塞组件 10 往上运动，带动限位块 13 往上运动，定位块 13 与轴芯 8 接触后，活塞组件 10 停止运动，在高压气体不断作用下，缸体组件 9 压缩缸体止动弹簧 12后往下运动，推动拉杆 7 实现卸刀。拉刀时松刀接头断气，拉刀接头充气，运动过程反之。
与旧结构的主要区别在于松刀过程中，活塞组件 10 先往上运动，带动定位块 13 限位轴芯后，通过缸体组件 9 推动拉杆，轴芯 8 受到的作用力直接作用在与活塞组件 9 固连的限位块 13 上，大大减小了对轴承的冲击，有效保护地轴承，提高主轴的寿命。
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