采用油脂润滑方式，要采取有效的密封措施，以防止切削液或润滑油进入轴承中。 2） 油液循环润滑
在数控机床主轴上，有采用油液循环润滑方式的。装有gamet轴承的主轴，即可使用这种方式。对一般主轴轴承来说，后支承上采用这种润滑方式比较常见[19]。
图2.7所示是恒温油液循环润滑冷却方式。
图2.7 恒温冷却主轴箱
由油温自动控制箱控制的恒温油液，经油泵打到润轴箱，一路沿主轴前支承套外圈上的螺旋槽流动，带走主轴轴承所发出的热量，另一路通过主轴箱内的分油器，把恒温油喷射到传动齿轮和传动轴支承轴承上，以带走它们所产生的热量[20]。这种方式润滑和降温效果都很好。 3） 油雾润滑方式
油雾润滑方式是将油液经高压气体雾化后，从喷嘴成雾状喷到需润滑部位的润滑方式。由于雾状油液吸热性好，又无油液搅拌作用，所以此方式常用于高速主轴轴承的润滑。但是，油雾容易吹出，污染环境[13]。 4） 油气润滑方式
油气润滑方式是针对高速主轴而开发的新型润滑方式。它是用极微量油(8~16min约0.03cm3油)润滑轴承，以抑制轴承发热。其润滑原理如图2.8所示。
图2.8 油气润滑原理图
1—油箱（带油位开关） 2—压力开关 3—定量柱塞式分配器 4—混合物形成阀 5—喷嘴?0.5~1.0mm 6—时间继电器
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7—压力开关 8—压力表 9—过滤器 10—电磁阀 11—泵
油箱中的油位开关和管路中的压力开关，确保在油箱中无油或压力不足时，能自动切断主电动机电源[14,16]。 2.3.2 主轴组件的密封
主轴的密封有接触式密封和非接触式密封。图2.9是几种非接触密封的形式。
(a) (b) (c)
图2.9 非接触式密封 1—端盖 2—螺母
图2.9(a)是利用轴承盖与轴的间隙密封，轴承盖的孔内开槽是为了提高密封效果。这种密封用在工作环境比较清洁的油脂润滑处。
图2.9(b)是在螺母的外圆上开锯齿形环槽，当油向外流时，靠主轴转动的离心力把油沿斜面甩到端盖1的空腔内，油液流回箱内。
图2.9(c)是迷宫式密封结构，在切削多、灰尘大的工作环境下可获得可靠的密封效果，这种结构适用油脂或油液润滑的密封。非接触式的油液密封时，为了防漏，重要的是保证回油能尽快排掉，要保证回油孔的畅通[15]。
接触式密封主要有油毡圈和耐油橡胶密封圈密封，如图2.10所示[12]。
(a) (b)
图2.10 接触式密封
1—甩油环 2—油毡圈 3—耐油橡胶密封圈
2.4 主轴准停装置
主轴准停装置是换刀过程所要求的在加工中心上特有得装置，也称之为主轴准停机构。由于刀具装在主轴上，在切削时得切削转矩不能完全靠
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锥孔的摩擦力来传递，因此通常在主轴前端设置一个凸键，当刀具装入主轴时，刀柄上的键槽必须与此凸键对准，为保证顺利换刀，主轴必须停止在某一固定的角度方向，主轴定向装置就是为保证主轴换刀时准确停止在换刀位置而设置的。
加工中心的主轴定向装置有机械方式和电气方式(如磁力传感器检测定向)两种。
机械方式采用机械凸轮等机构和光电盘方式进行初定位，然后由一个定位销(由液动或气动)插入主轴上的销孔或销槽来完成精定位，换刀后定位销退出，主轴才可旋转。采用这种方法定向比较可靠准确，但结构较复杂[18～20]。
目前常采用的电气方式是用磁力传感器检测定向，其工作原理如图2.11。
图2.11 电气式主轴准停
在主轴上安装一个发磁体与主轴一起旋转，在距离发磁体旋转外轨迹
1~2mm处固定一个磁传感器，磁传感器经过放大器与主轴控制单元连接，
当主轴需要定向时，便可停止在调整好的位置上。这种定向方式结构简单，而发磁体的线速度可达到3500m/min以上。由于没有机械摩擦和接触，同时定位精度也能够满足一般换刀的要求，并且定向时间短，可靠性较高，所以应用的比较广泛。发磁体可安装在一个圆盘的边缘，但这对较精密的、高转速加工中心主轴来说，由于需要较高的动平衡指标，就不十分有利。另一种是将发磁体做成动平衡效果很好的圆盘，使用时只需要将圆盘整体装在主轴上即可。在各种加工中心上采用什么形式的主轴定向装置，要根
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据各自的约束条件来选择[17]。 2.5 切屑清除机构
自动清除主轴孔内的灰尘和切屑是换刀过程的一个不容忽视的问题。如果主轴锥孔中落入了切屑，灰尘或其它污物，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。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[12,19]。 2.6 本课题的设计方案拟定
鉴于上述主轴组件各部分的优缺点，现初步决定采用以下方案： 在本课题中，加工中心主要用于铣削作用，所以在主轴轴端采用适用于铣镗类机床的轴端。图2.12所示为铣床主轴的轴端形式。
图2.12 铣床主轴的轴端形式
主轴轴承是主轴组件的重要部分之一。本课题采用如图2.13所示的轴承配置形式。
图2.13 主轴轴承的配置形式
在此种配置形式中，前后支承均采用成对角接触球轴承，由于角接触球轴承能承受径向载荷也能承受轴向载荷，并且可以通过内外围之间的相对位移来调整其间隙的大小，同时角接触球轴承具有较好的高速性能，主轴最高转速可达4000r/min[18]，因此此种配置在轻载时应用广泛。
在本课题中，轴承的预紧形式将采用隔套调整法，此方法采用两个套调整，通过两个套的宽度差，调整轴承的间隙，或在轴承外圈设隔套，装配时用螺母并紧内圈获得所需预紧力。这种调整方法不必拆卸轴承，预紧
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力的大小全凭工人的经验确定。
本课题中主轴组件的润滑方式采用油脂润滑方式，润滑脂的粘度大，不易流失，因此不需要经常更换，而且密封也较简单，特别适用于立式或套筒式主轴部件，可防止漏油。这也是目前在数控机床的主轴轴承上最常用的润滑方式，特别是在前支承轴承上更是常用。在数控机床上的润滑一般采用高级油脂封入方式润滑，所用油脂种类为高级锂基油脂或德国产NBU-15型油脂，每加一次油脂可使用7~10年。
由于本课题采用油脂润滑方式，密封主要是防止外界异物进入，所以可采用间隙式或迷宫式密封装置。本课题采用径向迷宫式密封。如图2.14所示为径向迷宫式密封装置。
图2.14 径向迷宫式密封
迷宫式密封是在组件的转动和固定部分之间做成复杂而曲折的通道，间隙不超过0.2~0.3mm，并填满润滑脂。由于这种密封方法能有效地保护轴承，所以得到广泛应用[16]。
主轴准停方式采用电气方式。此方式结构简单，定位准确，能够很好的达到要求的定位精度。
切屑清除机构则采用压缩空气吹屑，此方式结构简单，并且能高效清除金属残屑。
综合以上各部件的特点，现初步确定加工中心主轴组件的传动方案如图2.15所示。
图2.15 主轴组件传动示意图
1—主轴 2—传动轴 3—Z轴滚珠丝杠 4—主轴准停插销 5—Z轴进给电机 6—主轴转角位置编码器 7—齿形带传动
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立式加工中心主轴组件的结构设计开题报告共17页
