唐山爱信齿轮有限责任公司
摘要：汽车变速器档轮的热后加工其中一道工序为节圆夹紧以档轮一端面定位磨削另一端面及里孔。采用的是数控端面里孔复合磨床。经过三年的现场实践摸索改善，我们的高速机械主轴技术日臻成熟，本文将从主轴的优点，结构，安装传动形式，动平衡技术及调试技术五个方面对MK5313A-7402型高速机械主轴进行全面的介绍。
关键词：高速；主轴；磨床
引言
MK5313A型数控立式端面里孔复合磨床采用立式双滑台单主轴的数控加工形式，用于档轮内孔、端面的复合磨削加工；生产效率高，占地面积小，适于在线生产。通过更换夹具，能磨削不同形状及尺寸的通孔，适用于不同品种的生产。MK5313A-7402型高速机械主轴作为机床上的核心部件,其性能好坏在很大程度上决定了整台机床的加工精度和生产效率。
一、MK5313A-7402型高速机械主轴的优点：
（1）结构简单维修方便，成本低，采用电主轴安装方式，安装方便；
（2）采用电机与主轴带传动形式，电机远离水环境，单独防护，不易被烧坏；
（3）高转速、高精度、高刚性；
（4）紧靠压缩空气冷却，无需油冷机等专用冷却设备，节约空间和成本。
二、MK5313A-7402型高速机械主轴的结构：
高速机械主轴要求具备很高的工作性能，因此对其结构的设计、材质、加工工艺和检验等方面都有非常严格的要求。主轴设计时，需要确定主轴总体性能参数、主轴的实际结构（根据轴承形式、配置、驱动方法、润滑等参数来确定）、主轴轴承的选型确认、轴承的寿命、主轴的刚度、危险速度、轴承游隙（预紧力）、主轴的尺寸（轴径、长度、轴承支距等）和主轴实际安装的条件的要求等等因素。
1.转轴；2.前轴承组；3.上进油孔；4.定压预紧弹簧；5.后轴承组；6.下进油孔
1,转轴是MK5313A-7402型高速机械主轴的主要零件之一，用来安装各种传动零件，使之绕其轴线转动，传递转矩和回转运动，并通过轴承与主机机架或机座相连接，转轴带动砂轮旋转，完成承受磨削和驱动等载荷的作用，因此，对轴有很高的技术要求。我们采用的材质是40Cr，经锻造，调质，渗氮，定型后磨削加工而成。具有足够的强度和刚度。
2,前后轴承组件均采用日本进口NSK高精密陶瓷球轴承，是实现高速高精度加工的关键。[1]氮化硅（SI3N4）陶瓷材料作为轴承的滚动体，具有钢球无法相比的优点：1）重量轻：因为重量比钢球轻40%，所以作用于滚动体的离心力影响小，发热低；2）线膨胀系数低：高速旋转时随着轴承温度上升引起的预紧力相比钢球低，发热低；3）低摩擦：旋转时，引起发热的滚动体滑动小，发热低；4）高刚度：和钢球相比，纵弹性系数高出50%，刚度更高，最适合用于机床主轴用；5）耐烧伤特性：陶瓷球与钢球相比，其耐烧伤性能提高；6）高精度：高品质材料和烧结方法的改良，使陶瓷球比钢球更具高精度，可实现更高精度的加工。
3,MK5313A-7402型高速机械主轴采用[2]油气供油，即通过喷嘴定量、间歇性喷出微量润滑油，通过混合阀将压缩空气中润滑油慢慢引出，连续不断向轴承供油的润滑方法。采用日本进口SMC气动注油机分油气两路从机床后部输送到机床前部主轴处，在油雾喷头中混合，再分别从上下两个进油孔进入轴承处进行润滑。持续通入的压缩空气对主轴起冷却作用。
4,MK5313A-7402型高速机械主轴采用定压预紧的轴承预紧方法。由于主轴高速旋转轴承摩擦产生大量的热，轴承内外圈及与其接触的零件都会产生热变形，轴承的相对位置难免发生变化。采用定压预紧就是通过压缩圆柱弹簧对轴承施加适当预紧，保证在主轴使用过程中即使轴承的相对位置发生变化，预紧量也能基本保持恒定。这样就保证了磨削工件时轴向尺寸的稳定。
三、MK5313A-7402型高速机械主轴的安装传动形式：
动力经电机驱动皮带，通过带传动到砂轮主轴。主轴皮带轮与电机皮带轮的偏心误差控制在[3]0.1mm以下
1.电机采用西班牙FAGOR交流主轴电机FM7系列，功能特性如下：
1）额定功率范围宽——最大转速9000rpm,在S1段额定功率范围在3.7KW和9KW之间。
2）振动小——通过减小电机尺寸和在高速下进行平衡达到减小振动的目的。
3）可靠性高——电机保护满足IP44标准并具有很可靠地标准电磁TTL编码器用于位置和速度反馈。
4）冷却系统——装有三项400Vac的冷却风扇，冷空气从机床的负载侧进入，从对面出去，因此不必安装在空气流通的方向。
2.大带轮采用铝制，密度小，重量轻，并设有均布的减重孔，电机的轴向负载小；小带轮采用钢制，与砂轮主轴采用涨套联接，避免高速转动时产生偏心力。
3.皮带采用进口美国盖茨广角带6/7M775,特点优势如下：
1）独特的60°角，聚氨酯材料结构，使其相比传统的广角带在小空间高速运转时能够承受更大的负载。
2）聚氨酯混合物可以抗磨损、耐臭氧和大部分环境因素。
3）精密制造方法使其可以安静运转。
4）背槽设计提供了更高的稳定性和弯曲性。
5）工作温度在-54℃到+85℃。
6）联组广角带的联组结构提高了皮带的稳定性，防止皮带发生翻转或脱离带轮。
四、MK5313A-7402型高速机械主轴的动平衡技术：
高速机床的广泛应用，加速了主轴对转速的高要求。为提高数控复合磨床加工件的表面质量，要求MK5313A-7402型高速机械主轴的转速稳定在20000rpm。动平衡的高低直接影响主轴单元的噪声、振动、发热等性能指标，对提高主轴在高转速上的磨削质量至关重要。
五、MK5313A-7402型高速机械主轴的调试：
砂轮主轴由于采用的是油气润滑，在初期运转或长时间放置后运转时，考虑到油管内部积存的油会在瞬间供到轴承内部，导致急剧温升，需进行磨合运转。初次运转即从静止到15000rpm分成10个阶段，每运转1～2小时温度稳定后提高一次转速。在15000rpm这个转速上运行100小时（可进行磨削加工）后升至16000rpm以后每运转100小时升高1000rpm直至升到20000rpm。提高转速的同时，随时查看主轴内伸出的回油管是否有油，转轴与端盖的间隙处是否有风。足够的油量风量供给也是主轴能高速旋转的关键。
综上所述，MK5313A-7402型高速机械主轴结构简单，安装方便，成本低廉，耐用度高，现已广泛应用在数控端面里孔复合磨床上，加工精度和加工节拍都处于国内领先水平。
参考文献
[1]NSK精密滚动轴承日本精工株式会社.
[2]SMC气动元件.
[3]FAGORFM7交流主轴电机手册.