結構改進高（gāo）速主軸是用於高（gāo）速加工機床的標準功能部件，它具有轉速高、結構緊湊、安裝簡單（dān）等優點，是目前高速數控銑床、加工中（zhōng）心等產品的常用配套件。目前，CNC 機床生產廠所使用的高速主軸在結構與原理並無太大的區別，但由（yóu）於其結構緊湊（còu）、加工難度較大，因（yīn）此（cǐ），大都需要采用專業（yè）生產廠家生產的標準部件。文中介紹了一種通過改進結構，降低加工難度，且可以方便地實現不同刀柄轉換的高速主軸，它不僅易於製造，還具有使用方便靈活、維修簡單等優（yōu）點。

      1 問題的提出

      高速主軸的（de）結構如圖1 所示，在原來一體式高速主軸上，主軸6、拉釘變換套19、錐孔（kǒng）變（biàn）換套21為整體結構，主軸6 的前端（duān）需要加工（gōng）與刀具錐（zhuī）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（jié）構主要存在以（yǐ）下兩個問題: ( 1) 為（wéi）了保證卡爪連接件18、卡爪20 能夠（gòu）在主（zhǔ）軸內部上下靈活運動，位於細長主軸內部的拉釘（dìng）變換套部位的內部表麵粗糙度要（yào）求高（gāo）、加工工（gōng）藝性差（chà），帶（dài）來了細（xì）長主軸（zhóu）內部高精度孔加工（gōng）、熱處理等技術難題，使得大（dà）多數機床生產廠家都無（wú）法生（shēng）產; ( 2) 整體式結構（gòu）的高（gāo）速主（zhǔ）軸部件的錐孔及拉釘孔均直接加工（gōng）在主軸上( 圖1 中的拉釘變（biàn）換套、錐孔（kǒng）變換套部位) ，因此，一種主軸隻能安裝一種規定的刀具，當機床更換不同係列刀（dāo）具時，必須（xū）更換整個主軸部件，主軸對刀具的適應性差，使用局限性大。

      2 結構的改進

      此次結構改進（jìn）的技術方案是: 將主軸前端帶有內錐孔、拉（lā）緊結構安裝內孔的部位（wèi）與主軸分離（lí），成為圖2 所示的拉釘變換套19 與圖3 所（suǒ）示的錐柄變換套21兩個獨立零件。

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

      這樣的結構（gòu）改進（jìn）能解決數控（kòng）銑床、加工中心的刀具適應性問題，它可以在高速主軸（zhóu）性能與（yǔ）整體結構保持不變的前提下，使得同一高（gāo）速主軸可以安裝諸如ISO7388 /1、DIN69871-A、DIN69871-B、ANSI B 5. 50、MAS BT 等標準刀（dāo）具，使目前的專用高速主軸部件（jiàn）變成了一種通用部件。

      結構改進帶來的另一（yī）優點是: 它可（kě）以將本來位於細長主軸內部的、加工精度要求高、加工（gōng）難度大、工藝性差的內（nèi）錐孔與卡爪安裝內（nèi）孔分解到了兩個加（jiā）工容易、工藝性好的錐（zhuī）柄變換套與拉釘變換套上，使得零（líng）件加工變得十分容易。由於錐孔變換套、拉釘變換套的裝卸與更（gèng）換可利用常（cháng）規（guī）工具簡單地完成，更換變換套不需要拆卸軸（zhóu），變換套更換後無須進行動平衡等方麵的試（shì）驗與調整，因此，主軸部件（jiàn）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（jié）構（gòu）如圖1 所示，高速主軸主要包括了由（yóu）前端蓋2、主軸（zhóu）套5、後端蓋8、鎖緊（jǐn）螺母9 等件組成（chéng）的主軸安裝座（zuò），鍵1、隔套4、主軸6、調整螺（luó）母11、拉釘變換套（tào）19、錐柄變換套21組成的（de）主軸體及由碟型（xíng）彈簧15、拉杆17、卡爪連接（jiē）件18、卡爪20 組成的刀具拉緊機（jī）構三（sān）大部分。

      主軸安（ān）裝座用於安裝主軸，以便將整個高（gāo）速主（zhǔ）軸部件固定到機床上。主軸（zhóu）套5 外部加工有（yǒu）強製冷卻用的水（shuǐ）槽，如需要可（kě）對主軸進行強製水冷卻; 安裝座的前端蓋（gài）2 用於密（mì）封，以（yǐ）防止加工過程中的冷卻水、粉塵進（jìn）入前軸承; 後端蓋8 用於後軸承的固定與密（mì）封（fēng）;鎖緊螺母9 用於軸承間隙的調整。

      主軸體用來安裝、固定刀具。主軸體通過前後軸承與主軸安裝座連接; 前軸承利用（yòng）主軸前端麵定位，後軸承由隔套4、隔圈7 定位（wèi）; 軸承間隙可以通過鎖緊螺母9 進行調節。3 隻（zhī）前軸承與2 隻後（hòu）軸承的結構形式保（bǎo）證了主軸的軸向與徑向剛性; 前（qián）後軸承（chéng）可以根據主軸實際所需要（yào）的最高轉速（sù）、載荷選用。主軸的上端可以安裝帶（dài）動主軸旋（xuán）轉的（de）同步（bù）皮帶輪10，帶輪通過鍵和（hé）帶輪鎖緊螺母12 與主軸連（lián）接，帶（dài）輪的上下位置可以通過改變固定件13 與調整墊14 的厚度進行調（diào）整。

      拉緊（jǐn）機構用於刀具的拉緊，該機構可以在主軸內部（bù）作（zuò）上（shàng）下移動。在正常（cháng）( 夾緊) 狀態下，拉杆17 由於碟形彈簧（huáng）15 的作用，帶動卡爪20 上移，這時，安裝（zhuāng）在拉杆（gǎn）前端的卡爪被拉釘（dìng）變換套19 徑向（xiàng）收縮後，在夾緊拉釘的同時帶動刀（dāo）柄上移，使得刀具錐柄與主軸錐孔緊密齧（niè）合，刀具22 被固定於（yú）主軸體上。為了鬆開刀具，可向拉杆17 的上端麵施加向下的外力，這時，碟形彈簧15 被壓縮（suō），拉杆17 帶動卡爪20 下移，卡爪被徑向鬆開，刀（dāo）具上的拉釘處於自由狀態，利用外部機械手等裝置，可將刀具從主（zhǔ）軸（zhóu）上卸下。拉杆內部加工有氣孔，氣孔通入（rù）壓縮空氣後可以起（qǐ）到主軸（zhóu）錐孔清洗與保護的作用。

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

      拉釘變換套( 見圖2) 右端的多級錐孔用來調節卡爪的（de）徑（jìng）向壓縮與鬆開尺寸，可根據不同的拉釘要求，設計、加工（gōng）成不同的尺寸，以實現主軸的拉釘變換功能。拉釘變換套（tào）采用外圓/端麵定位的方式固定於主軸上，更換時（shí）隻需要取下錐孔變換套21，便可將拉釘變換套從主（zhǔ）軸中取出，進（jìn）行（háng）拉釘變換套的快速（sù）更換。

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

      4 結論

      通過改進，不（bú）僅實現了（le）高速主軸的刀具變換（huàn）功能，且可以將本來位於細（xì）長主（zhǔ）軸內部的、加工精（jīng）度要（yào）求很高、加（jiā）工難度很大、工藝性很差的錐孔與卡爪安裝孔分解到了（le）兩個加工容易、工藝性好的錐柄變換套與拉釘變換（huàn）套上，提高了高速主軸的（de）通用性、加工工藝性，使得（dé）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，其性能與整體式高速主軸完（wán）全一致。