基于力学分析的主轴轴系结构优化设计

王海涛 李初晔

(北京航空制造工程研究所，北京 100024)

主轴是数控机床的核心和关键部件，因而主轴轴系结构的优劣，在很大程度上决定了数控机床整体的加工精度、运行稳定性和生产效率。对于精密机床，主轴轴系结构的合理性显得更为突出，当今一些重要的生产加工领域，精密加工已成为发展趋势和重要内容之一。力学是机械设计的基础，以力学分析作为切入点，对主轴轴系进行优化和完善，不失为一种有效的处理方式和手段。

1 问题的来源

本文以现有的ZJT－310型和对其改进中的ZJT－320A型精密镗床主轴轴系结构为基础，根据主轴运行过程中的受力情况，分别转换成力学简图，并介入力学分析和计算，得出相应的关键数据，进行比较，以对主轴轴系结构进行优化设计。

ZJT系列镗床属于精密加工设备，因为该机床主要用来镗削加工高精度圆柱孔，主轴支承采用液体静压轴承，因此，主轴本身的变形、主轴和电动机转子自重等的影响，都会导致主轴偏离回转中心和自身变形的产生。由于所加工孔的圆柱度不大于0.001 5 mm，表面粗糙度为Ra0.4 μm，而且主轴回转精度的设计要求为0.002 mm，机床整体的技术参数和精度指标较高，所以，上述变形、自重等不可控因素的轻微波动，都会影响机床主轴的回转精度和加工精度。

ZJT－310型精密镗床已成功应用于生产近6年，中间也进行了多次小的改进，主要围绕着改善主轴驱动结构和降低温升进行，动力传动从最初的V带传动改为多楔带传动，最后改成“准电主轴”型，直接将电动机转子安装在主轴上，有效地降低了径向载荷和温升对轴系精度的影响，使机床的加工精度产生了一次飞跃。……