加工中心主轴结构

THK6380加工中心主轴部件结构图，加工中心主轴主要由四个功能部件构成，分别是主轴、刀具自动夹紧机构、切屑清除装置和主轴准停装置。

其中主轴11的前支承配置了三个高精度的角接触球轴承，用以承受径向载荷和轴向载荷，前面两个轴承大口朝下，后面一个轴承大口朝上。前支承按预加载荷计算的预紧量由圆螺母30来调整。后支承为一对小口相对配置的角接触球轴承，它们只承受径向载荷，因此轴承外圈不需要定位。该主轴选择的轴承类型和配置形式，满足主轴高转速和承受较大轴向载荷的要求。主轴受热变形向后伸长，不影响加工精度。

1、刀具自动夹紧装置。刀具自动夹紧装置中刀夹1的内孔用来安装刀具，刀夹1的夹紧与松开动作由弹簧夹头2和轴向拉紧机构控制。弹簧夹头2与拉套10采用螺纹联接，拉套10左端螺纹部分开有轴向槽，其内孔为锥孔，锁紧件8旋入拉套10左端内螺纹孔内，在锁紧件8外锥体的作用下，拉套10开有轴向槽的螺纹部分与弹簧夹头2上的螺纹联接锁紧。主轴11后端有碟形弹簧18，在弹簧力的作用下，拉套10向右拉紧弹簧夹头2，将刀夹1紧紧夹住。为使刀夹1在主轴孔内准确定位，固定在主轴11上的定位小轴6上有一颗定位螺钉5，其端面是刀夹1的轴向定位面。装在拉杆9右端的碟形弹簧20，使拉杆9经常承受向右的弹簧力，固定在拉杆9左端的定位套筒7内的钢球4就将刀夹1右端轴颈夹持并向右拉动，直至刀夹1右端面紧靠在定位螺钉5的定位端面上。

可以看出，刀夹1被夹持的动力主要来自碟形弹簧18的弹力，刀夹1轴向定位的拉紧力主要来自碟形弹簧20的弹力，刀夹1的松开由主轴后端的液压缸提供动力。当液压缸右腔进入液压油时，液压缸中的活塞23向左移动，其左端面首先推动拉杆左移，同时碟形弹簧20被压缩，拉杆9左端的定位套筒7左移（此时固定在主轴11上的定位小轴6因主轴不动而不移动）。由于定位套筒7左移，使钢球4进入套筒3（套筒3也不移动）的大直径部分，使得刀夹1由拉紧状态变成放松状态，而且在拔取刀夹1时，钢球4能径向退让开。当活塞23继续左移时，使左端面外圈与拉套10的右端面接触，且活塞23再向前移动压缩碟形弹簧18并推动拉套10向左移，从而使与拉套10相连的弹赞夹头2同时向左移动而松开，刀夹1即不再受夹紧力，并可从主轴中取出。

加工中心具有存储刀具的刀库，刀具和刀夹组合好后按给定的位置存入刀库。加工过程中需要更换刀具时，根据程序指令，由机械手将已已不再受夹紧力的刀具连同刀夹从主轴中取出，放回刀库中给定的位置，然后再将所需要的刀具连同刀夹从刀库中取出并插入主轴中的弹簧夹头内。

当机械手将新换的刀具连同刀夹插入主轴中的弹簧夹头2内后，刀夹1的尾部顶在定位螺钉5的端面上。这时发出夹紧信号，主轴后端液压缸左腔进入液压油，液压缸活塞23向右移动从位，在碟形弹资18和20弹簧力的作用下，刀夹1被弹簧夹头2夹紧和拉紧。松开刀夹1时，为使主轴轴承免受来自液压缸活塞的推力，采用了卸荷结构。即在液压缸支架I9与主轴箱14之间采用浮动连接方式，液压缸支架I9是用螺钉与连接座I5固定联接的，而连接座15则使用螺钉17通过连接弹簧16压紧在主轴箱14后端面上的。当液压缸右腔通液压油而活塞23左移时，液压缸的右端面也同时承受压力，此时整个液压缸支架19及连接座15压缩连接弹簧16向右移动，连接座15的右端面压紧主轴上的圆螺母13，这样在松开刀夹1时，液压作用力直接由连接座15及液压缸支架19承受，因此主轴不承受液压推力作用。

2、切屑清除装置。自动清除主轴孔内的灰尘和切屑是换刀过程的一个重要步骤。如果主轴锥孔中落入了切屑、灰尘或其他污物，在拉紧刀杆时，锥孔表面和刀杆锥柄会被划伤，甚至会使刀杆发生偏斜，破坏刀杆的正确定位，影响零件的加工精度，甚至会使零件超差报废。为了保持主轴锥孔的清洁，常采用的方法是使用压缩空气吹屑。其中活塞23及拉杆9的心部钻有压缩空气通道，当活塞向左移动时，压缩空气经过活塞由孔内的空气嘴喷出，将锥孔清理干净。为了提高吹屑效率，喷气小孔要有合理的喷射角度，并均匀布置。

当机械手将使用过的刀具连同刀夹取出后，主轴后端的液压缸活塞中心孔通入压缩空气，经垫圈22的径向孔进入主轴前端弹簧夹头2内，将夹头内的脏物或铁屑吹掉，从而保证弹赞夹头与刀夹接触面的清洁。

3、主轴准停装置。主轴11前端装有定位块29，刀夹1插入时，其上的缺口必须与定位块29对准，使定位块正好与刀夹1的缺口相接合，以在切削加工时传递转矩。当机械手抓取刀具及刀夹1时，刀夹1的缺口位置就在机械手中固定，这就要求主轴11上的定位块29每次必须停止在一个相对固定的位置上，这样才能顺利地实现刀具的安装。凸轮27和凸轮28是供主轴准停用的凸轮。

机床数控系统发出准停指令时，电气系统自动调整主轴至M低转速，0.2～0.6s后定位凸轮28的定位器液压缸与液压油接通，活塞压缩弹簧并使滚子与定位凸轮28的外圆接触。当主轴旋转使滚子落入定位凸轮28的直线部分时，由于活塞杆的移动，与其相连的挡块使微动开关a动作，通过控制回路的作用，一方曲使主轴传动的各电磁离合器都脱开而使主轴以惯性缓慢转动，并且断开定位凸轮27定位器液压缸的液压油，在弹簧力作用下活塞杆带动滚子退回；另一方面，隔0.2～0.5S后，定位凸轮27的定位器液压缸下腔接通液压油，活塞杆带着滚子移动，使滚子与定位凸轮27的外圆接触，当主轴以惯性转动，使滚子落入定位凸轮27上的V形槽内时，即将主轴定位，同时微动开关b动作，发出主轴准停完毕的信号。当刀具连同刀夹装入主轴并使主轴重新转动时，先发出信号，控制换向阀凸轮27的油路变换，使定位器滚子从定位凸轮27的V形槽中退出，同时使微动开关动作，发出主轴准停释放信号。