結構改進（jìn）高速主軸是用於高速加工機床的標準功能（néng）部件，它具有轉速（sù）高、結構緊湊、安裝簡單等優點，是目前高（gāo）速數控銑床、加工中心等（děng）產品（pǐn）的常用配套件。目前，CNC 機床生產廠所（suǒ）使用的高速主軸在結構與原理（lǐ）並無太大的區別，但由於其結構緊湊、加工難度（dù）較大，因此，大都需要采用專業生產廠家（jiā）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（dāo）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（jiǎn）單等優點。

      1 問題的（de）提出

      高速主軸的結構如圖1 所示，在原來一體式高速主軸上，主軸6、拉釘變換套（tào）19、錐孔變換套21為整體結（jié）構，主軸6 的（de）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（sù）主軸結構主要存在（zài）以（yǐ）下兩個（gè）問題: ( 1) 為了（le）保證卡爪連（lián）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（bù）的（de）拉釘變換套（tào）部位的內部表麵粗糙度要求高、加工工藝性差，帶來了細長主軸內部高精度孔加工、熱處（chù）理等技術難題，使得大（dà）多數機床生產廠家都無法生產; ( 2) 整體式結構的高速主軸部件的錐孔及拉釘孔均直接加工在主軸上( 圖1 中（zhōng）的拉釘變換套、錐（zhuī）孔變換套部位) ，因此，一種主軸隻能安裝一種規定的刀具，當機（jī）床更換不同係列刀具時，必（bì）須更換整個主軸部件，主軸對刀（dāo）具的適應性差，使用局限性大。

      2 結構的（de）改（gǎi）進（jìn）

      此（cǐ）次結構改進的技術方案是: 將主軸前端帶有內（nèi）錐孔（kǒng）、拉緊結（jié）構安裝內孔的部位與（yǔ）主軸分離，成為圖2 所示（shì）的拉釘變換套19 與圖3 所示的錐柄變換套21兩個獨立（lì）零件。

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

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

      結構改進帶（dài）來的另一優點是: 它可以將本來位於細長主軸內部的、加工精度要求高、加工難度大、工藝性差的內錐孔與卡（kǎ）爪（zhǎo）安裝內孔（kǒng）分解到了兩個加（jiā）工容易、工藝性（xìng）好的錐柄變換套與拉釘變（biàn）換套上，使得（dé）零件加工變得十分容易。由於（yú）錐孔變換套、拉釘變換套的（de）裝卸與更換可利（lì）用常規工具簡單地完成，更換變換套不需要拆卸軸，變換套更換（huàn）後無（wú）須進行動平衡等方（fāng）麵的試驗與調整，因此，主軸部件可以大（dà）批量（liàng）、標準化生（shēng）產（chǎn），部件的生產製造成（chéng）本低、調整維修十分容易。

      3 原理說明

      刀（dāo）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（zǔ）成的主軸安裝座，鍵1、隔套4、主軸6、調整螺母11、拉釘變換套19、錐柄變換套21組成的主軸體（tǐ）及由碟型彈簧15、拉杆17、卡爪連接（jiē）件18、卡爪20 組成的刀（dāo）具拉緊機構三大部分。

      主軸安（ān）裝座用於安裝主（zhǔ）軸，以便將整個高速主軸部件固定到機床上。主軸套5 外部（bù）加工有強（qiáng）製冷卻用的水槽，如需要可對主軸進行強製（zhì）水冷卻（què）; 安裝座的前端蓋2 用（yòng）於密封，以防止加工過程中的冷卻水、粉塵進入前軸承; 後端蓋8 用於後軸承的固定與密封（fēng）;鎖緊螺母9 用於軸承間隙的調整。

      主軸體用來（lái）安裝、固定刀具。主軸體通過前後軸承（chéng）與（yǔ）主軸安裝座連接; 前軸承利用主軸前端麵定位，後軸承由（yóu）隔套4、隔圈7 定位; 軸承間隙可以通過鎖緊螺母（mǔ）9 進行調節。3 隻前軸承與2 隻後軸承的結構形（xíng）式保證了主軸的軸向與徑向剛性; 前後軸承可以根據主（zhǔ）軸實際所需要的最高轉速、載荷選用。主軸的上端可以安（ān）裝帶動主軸旋轉的同步皮帶輪10，帶輪通（tōng）過鍵和帶輪鎖緊螺（luó）母12 與主軸連接，帶輪的（de）上下位（wèi）置可以通（tōng）過改變固定件13 與調整墊14 的厚度進行（háng）調整。

      拉緊機構用於刀具的拉緊，該機構可以在（zài）主軸內部作上下移動。在正常( 夾緊) 狀態下，拉杆17 由於碟形彈簧（huáng）15 的作用，帶動（dòng）卡爪20 上移（yí），這時，安裝在（zài）拉杆前端的卡爪被（bèi）拉釘變換套19 徑向（xiàng）收（shōu）縮後，在夾（jiá）緊拉釘的同時帶動刀柄上移，使得刀具錐柄與主（zhǔ）軸錐孔緊密齧合，刀具22 被固定於主軸體上。為了鬆（sōng）開刀具，可向拉杆（gǎn）17 的上（shàng）端麵施（shī）加（jiā）向下的外（wài）力，這時，碟形彈簧（huáng）15 被壓縮，拉杆17 帶動卡爪20 下移（yí），卡（kǎ）爪被徑向鬆開，刀具（jù）上的拉釘處於自由（yóu）狀（zhuàng）態，利用外部機械手等裝置，可將刀（dāo）具從主（zhǔ）軸上卸下（xià）。拉杆（gǎn）內部（bù）加工有氣孔，氣孔通入壓縮空氣後可以起到主（zhǔ）軸錐孔清洗與保護的作用。

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

      拉釘變換套( 見圖2) 右端的多級錐孔用來調節卡爪的徑向壓縮與鬆開（kāi）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。拉釘變換套采用外圓/端麵定位的方式固（gù）定（dìng）於主軸上，更換時（shí）隻需要取下錐孔變換套21，便可將拉釘（dìng）變換（huàn）套從主軸中取出，進行拉（lā）釘（dìng）變（biàn）換套（tào）的快速更（gèng）換（huàn）。

      錐（zhuī）孔（kǒng）變（biàn）換套( 參見圖3) 的內（nèi）錐孔用來齧合刀具，可根據不同的刀具係列，設計、加工成（chéng）不同的尺寸，以實現主軸的錐孔變換功能。錐孔變換套采用（yòng）外圓/端麵定位與（yǔ）主軸配合（hé），並（bìng）通過8 個安裝螺釘與2個定（dìng）位銷固定於主軸上，更換變換套隻需要鬆開（kāi）螺釘、取下定位銷便可快（kuài）速完成。

      4 結論

      通（tōng）過改進，不（bú）僅實現了高速主軸（zhóu）的刀具變換功能，且可以將本來位於（yú）細長主軸內部的、加工（gōng）精度要求（qiú）很高、加工難度很大、工藝性很差的錐孔與（yǔ）卡爪安裝孔分解到（dào）了兩個（gè）加工容易、工藝性好的錐柄變換套（tào）與拉釘變換套上，提高了高速主（zhǔ）軸的通用性、加工工（gōng）藝性，使得生產製造、維修變得十分容易（yì）。按照該結構生（shēng）產的高速主軸經過實際使用（yòng）證明，其性能與整體式高速主軸完全一致（zhì）。