数控端面外圆磨床主轴压紧端盖优化设计.pdfVIP

精密制造与 自动化 2012年第4期 数控端面外圆磨床主轴压紧端盖优化设计 王家富 (上海机床厂有限公司 上海 200093) 摘 要 针对数控端面外圆磨床砂轮架主轴端盖气动密封方式出现 的问题，设计出以迷宫代替气动的密封方 式。通过条件设定，采用 solidwo~s软件的simulation插件对端盖形式进行了对 比分析，得到了端面的变形图及 其变形曲线，所设计的迷宫密封方式端盖取得了良好的应用效果。实践证明，采用现代化的设计手段，对工件结 构进行优化设计显得十分必要。 关键词 气动密封 迷宫密封 砂轮主轴端盖 simulation分析 设计优化 在数控磨床的关键部件中，砂轮主轴的工作状 中的局限性，因此在新设计的砂轮主轴部件 中采用 态直接影响到工件的磨削加工质量 。砂轮主轴轴承 了迷宫式密封。图 1所示为采用迷宫式密封 的砂轮 端盖不仅对主轴起到支撑定位及对主轴轴承施加预 主轴示意图。 紧力，提高并保持主轴的精度，同时对主轴 内部的 转动系统具有密封的作用，保持主轴内部旋转轴系 有一个润滑 良好的运转环境，提高主轴的使用寿命 。 数控端面外圆磨床主要服务于汽车行业 ，对加工节 拍及加工效率有较高的要求 。在一次磨削过程中同 时进行端面及外圆的加工，轴向受力大，同时为达 到一定的加工效率及加工质量，需要加大冷却液的 流量 。当砂轮主轴轴承端盖的密封和润滑不 良时， 会缩短主轴寿命，造成精度的不稳定。以前设计的 图1 采用迷宫形式砂轮主轴示意图 数控端面外圆磨床的砂轮主轴系统采用的是气动密 封方式。这种形式虽然能解决主轴的密封及润滑问 针对主轴端盖结构，应用 solidworks软件 以及 题，但是 由于中小规模加工企业 的气源质量不高， 自带的有限元分析插件simulation进行了建模分析， 气体中夹杂了水分等杂质，长期使用后会使轴承过 砂轮主轴部件的模型如图2所示。 快地磨损，降低主轴的寿命，同时这种润滑方式会 增加用户的运行及维护成本。因此，采用现代的设 计手段，对主轴轴承端盖的结构进行优化设计显得 十分必要。 针对数控端面外圆磨床在使用中碰到的实际问 题 ， 以砂轮 主轴轴承端 盖为研究对象 ，应用 solidworks软件的simulation插件对端盖进行了优化 并比较了两种端盖的结构形式，采用迷宫密封方式 替代过去的气动密封，取得了良好的密封效果，装 图2 砂轮架三维模型图 卸及主轴预紧力施加方便，提高了砂轮主轴的寿命 及精度。 2 主轴端盖的有限元分析 由于结构改进的需要 ，对端盖进行了初步的设 1 研究对象 计，如图3所示。 由于油气润滑的气动密封形式在实际使用过程 在新设计的结构中，砂轮主轴轴承 内外端盖采 20 王家富 数控端面外圆磨床主轴压紧端盖优化设计 用台阶式迷宫密封。经过分析，这种迷宫式密封可 基于simulation的端盖初始条件设定是合理的， 以有效地防止砂轮工作时冷却液进入主轴系统，起 所得结果与试验结果相符，端盖两端 的变形量近似 到保护主轴 内部 良好运转环境的作用。 相等 (只有 0．00041TnTI的差值)。在实际应用过程 砂轮主轴轴承端盖与主轴的联接采用了阶梯轴套 中此端盖是可拆卸的，当端盖两端变形量差值在 形式，其过盈配合保证了轴承端盖的轴向位置，并且 0．0004DllTI附近时，阶梯轴套式端盖是可以拆装的。 决定