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[摘 要]本文介绍了4L22机体缸孔精镗床主轴箱的设计。根据零件的加工要求和结构特点，确定4L22机体缸孔精镗床为双轴两工位移动工作台式组合机床。在主轴箱的设计中，采用分离式传动方式，分上箱和下箱两部分，上箱起到减速的作用，下箱中只装有主轴组件，主轴采用前后两个支承，前支承采用双列短圆柱滚子轴承和角接触双列推力球轴承，后支承采用双列短圆柱滚子轴承。该设计方案特点是主轴部件的刚度高，承载能力大，各传动件所产生的振动和热量不能直接传给主轴，从而减少主轴的振动和热变形，有利于保证机床的工作精度。
[关键词]主轴箱；分离传动；刚性主轴；刚性连接
中图分类号：TG530.31 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）48-0108-01
根据被加工工件的种类、精度、加工工艺、加工部位等不同，机床有多种配置形式。经过查阅相关资料，加工大直径且精度要求较高的孔时应采用刚性主轴，为避免笨重的刚性主轴自重引起的下垂对加工孔精度的影响采用立式主轴；若采用前后导向镗杆加工，不仅机床结构复杂、庞大，还会因为孔距较近，安置导向有一定困难，不利于加工精度的保持；若采用一般多轴刚性主轴箱加工，不易保证加工精度；为提高生产率，应把4个缸孔的加工间隔分在两个工位上，每次加工出两个缸孔，经过两次加工完一个零件。主传动系的传动方式主要有集中传动方式和分离传动方式可供选择。集中传动方式是把所有的传动和变速机构都装在同一个主轴箱内，虽然结构紧凑、便于实现集中操纵，但是这些运转的传动件在运转过程中用所产生的振动，将直接影响主轴的运转平稳性，传动件所产生的热变形，使主轴回转轴线偏离正确的位置而直接影响加工精度，这种传动方式不适合在精镗床中采用；相反分离传动方式是把大部分的传动和变速机构装在远离主轴的单独的变速箱中，然后通过带传动或其它方式将运动传到主轴箱的传动方式，其特点是变速箱各传动件所产生的振动和热量不能直接传给或很少传给主轴，从而减少主轴得到振动和热变形，以利于提高机床的工作精度，主轴箱分为上主轴箱和下主轴箱，上主轴箱中安装传动轴和齿轮起到减速的作用，电机通过联轴器与输入轴连接，下主轴箱内安装两根主轴，主轴与刀具间采用刚性连接的方式。
综上所述，为了保证精镗床的精度，传动系应采用双工位、分离传动、刚性主轴的方案。
一、下主轴箱的设计
轴承的配置形式影响主轴的刚度和主轴热变形的方向和大小，因为设计的精镗床采用刚性主轴，所以主轴的刚度要求较高，且主轴的转速不高，所以应该用刚度型轴承配置形式。
1）主轴部件的支承数目
机床的主轴采用前后两个支撑，因为这种方式结构简单，制造装配方便，容易保证精度，为了提高主轴部件的刚度，前后支撑应消除间隙或预紧。
2）推力轴承位置配置形式
推力轴承在主轴前后支承的配置形式，影响主轴向刚度和主轴热变形的方向和大小，为了保证主轴具有足够的足够的轴向刚度和轴向位置精度，应恰当得选择推力轴承的位置。推力轴承的配置形式有前端配置、后端配置、两端配置、中间配置等形式，其中因为两个方向的推力轴承分别布置在前后两个支承处，这类配置方案当主轴受热伸后，影响主轴轴承的轴向间隙。
3）主轴传动件位置的合理布置
合理布置传动件在主轴上的轴向位置，可以改善主轴的受力情况，减小主轴变形，提高主轴的抗振性。布置的原则是传动力引起的主轴弯曲变形要小，引起主轴前轴端在影响加工精度敏感方向上位移要小，应尽可能将该驱动轴布置在合理位置，使驱动力引起的主轴变形可抵消一部分因切削力引起的主轴轴端精度敏感方向上的位移。因为设计的主轴箱采用分离传动，所以传动件放在主轴的后悬伸端。
主轴的材料选择40Cr，因为合金钢40Cr能承受较大的载荷，且表面硬度较高，在与轴承搭配的主轴表面进行淬火处理以提高硬度和耐磨性，具体采用高频淬火的方法。
因为设计的是精镗床主轴是刚性的，所以对主轴的刚度要求较高，B选取1/4或更小。d61.273mm，所以选择主轴直径是86.5mm。主轴前颈因为要与镗杆配合，所以选用170mm，主轴后颈选择为50mm。主轴前端悬伸量是指主轴前端面到前轴轴承径向反力作用中点的距离。它主要取决于主轴端部的结构，前支承轴承配置和密封装置的形式和尺寸，由结构设计确定。选用双列角接触球轴承和双列短圆柱滚子球轴承，采用套来双向固定轴承。计算的主轴前端悬伸量是143mm。主轴主要支承间跨距LD的确定合理确定主轴主要支承间的跨距L，是获得主轴部件最大静刚度的重要条件之一，支承跨距过小，主轴弯曲变形固然较小，但因支承变形引起主轴前端位移量增大；反之，支承跨距过小、主轴跨距过小，主轴弯曲变形固然较小，但因支承变形引起主轴前轴端的位移量尽管减小了，但主轴的弯曲变形大了。因此存在一个最佳跨距L0，在该跨距时因主轴弯曲变形和支承变形引起主轴前轴端的总位移量最小。因为设计的是立式镗床，主轴箱是立式的，且主轴与减速箱输出轴间的传动采用花键连接，几乎没有径向力的产生，所以产生位移的主要原因是支承变形引起主轴前轴端的位移量增大，主轴跨距应选的大一些，根据公式L0=2～3a，选择比例系数是3，计算后跨距是529mm，调整后确定为530mm。
二、上主轴箱的设计
实现传动比是4的传动系统可以有下面两种方案：单级减速、二级减速。单级减速可比二级减速节省一根传动轴。但是这种情况是电机直接传递给主轴，这样会造成传动不稳定，所以这种方案不宜采用。
大致的确定了传动轴的位置，在此基础上，还必须根据齿轮啮合原理精确的计算传动轴的坐标。
轴1是输入轴，轴2与轴1啮合，轴3和3’与轴2啮合。具体关系如下：
[关键词]主轴箱；分离传动；刚性主轴；刚性连接
中图分类号：TG530.31 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）48-0108-01
根据被加工工件的种类、精度、加工工艺、加工部位等不同，机床有多种配置形式。经过查阅相关资料，加工大直径且精度要求较高的孔时应采用刚性主轴，为避免笨重的刚性主轴自重引起的下垂对加工孔精度的影响采用立式主轴；若采用前后导向镗杆加工，不仅机床结构复杂、庞大，还会因为孔距较近，安置导向有一定困难，不利于加工精度的保持；若采用一般多轴刚性主轴箱加工，不易保证加工精度；为提高生产率，应把4个缸孔的加工间隔分在两个工位上，每次加工出两个缸孔，经过两次加工完一个零件。主传动系的传动方式主要有集中传动方式和分离传动方式可供选择。集中传动方式是把所有的传动和变速机构都装在同一个主轴箱内，虽然结构紧凑、便于实现集中操纵，但是这些运转的传动件在运转过程中用所产生的振动，将直接影响主轴的运转平稳性，传动件所产生的热变形，使主轴回转轴线偏离正确的位置而直接影响加工精度，这种传动方式不适合在精镗床中采用；相反分离传动方式是把大部分的传动和变速机构装在远离主轴的单独的变速箱中，然后通过带传动或其它方式将运动传到主轴箱的传动方式，其特点是变速箱各传动件所产生的振动和热量不能直接传给或很少传给主轴，从而减少主轴得到振动和热变形，以利于提高机床的工作精度，主轴箱分为上主轴箱和下主轴箱，上主轴箱中安装传动轴和齿轮起到减速的作用，电机通过联轴器与输入轴连接，下主轴箱内安装两根主轴，主轴与刀具间采用刚性连接的方式。
综上所述，为了保证精镗床的精度，传动系应采用双工位、分离传动、刚性主轴的方案。
一、下主轴箱的设计
轴承的配置形式影响主轴的刚度和主轴热变形的方向和大小，因为设计的精镗床采用刚性主轴，所以主轴的刚度要求较高，且主轴的转速不高，所以应该用刚度型轴承配置形式。
1）主轴部件的支承数目
机床的主轴采用前后两个支撑，因为这种方式结构简单，制造装配方便，容易保证精度，为了提高主轴部件的刚度，前后支撑应消除间隙或预紧。
2）推力轴承位置配置形式
推力轴承在主轴前后支承的配置形式，影响主轴向刚度和主轴热变形的方向和大小，为了保证主轴具有足够的足够的轴向刚度和轴向位置精度，应恰当得选择推力轴承的位置。推力轴承的配置形式有前端配置、后端配置、两端配置、中间配置等形式，其中因为两个方向的推力轴承分别布置在前后两个支承处，这类配置方案当主轴受热伸后，影响主轴轴承的轴向间隙。
3）主轴传动件位置的合理布置
合理布置传动件在主轴上的轴向位置，可以改善主轴的受力情况，减小主轴变形，提高主轴的抗振性。布置的原则是传动力引起的主轴弯曲变形要小，引起主轴前轴端在影响加工精度敏感方向上位移要小，应尽可能将该驱动轴布置在合理位置，使驱动力引起的主轴变形可抵消一部分因切削力引起的主轴轴端精度敏感方向上的位移。因为设计的主轴箱采用分离传动，所以传动件放在主轴的后悬伸端。
主轴的材料选择40Cr，因为合金钢40Cr能承受较大的载荷，且表面硬度较高，在与轴承搭配的主轴表面进行淬火处理以提高硬度和耐磨性，具体采用高频淬火的方法。
因为设计的是精镗床主轴是刚性的，所以对主轴的刚度要求较高，B选取1/4或更小。d61.273mm，所以选择主轴直径是86.5mm。主轴前颈因为要与镗杆配合，所以选用170mm，主轴后颈选择为50mm。主轴前端悬伸量是指主轴前端面到前轴轴承径向反力作用中点的距离。它主要取决于主轴端部的结构，前支承轴承配置和密封装置的形式和尺寸，由结构设计确定。选用双列角接触球轴承和双列短圆柱滚子球轴承，采用套来双向固定轴承。计算的主轴前端悬伸量是143mm。主轴主要支承间跨距LD的确定合理确定主轴主要支承间的跨距L，是获得主轴部件最大静刚度的重要条件之一，支承跨距过小，主轴弯曲变形固然较小，但因支承变形引起主轴前端位移量增大；反之，支承跨距过小、主轴跨距过小，主轴弯曲变形固然较小，但因支承变形引起主轴前轴端的位移量尽管减小了，但主轴的弯曲变形大了。因此存在一个最佳跨距L0，在该跨距时因主轴弯曲变形和支承变形引起主轴前轴端的总位移量最小。因为设计的是立式镗床，主轴箱是立式的，且主轴与减速箱输出轴间的传动采用花键连接，几乎没有径向力的产生，所以产生位移的主要原因是支承变形引起主轴前轴端的位移量增大，主轴跨距应选的大一些，根据公式L0=2～3a，选择比例系数是3，计算后跨距是529mm，调整后确定为530mm。
二、上主轴箱的设计
实现传动比是4的传动系统可以有下面两种方案：单级减速、二级减速。单级减速可比二级减速节省一根传动轴。但是这种情况是电机直接传递给主轴，这样会造成传动不稳定，所以这种方案不宜采用。
大致的确定了传动轴的位置，在此基础上，还必须根据齿轮啮合原理精确的计算传动轴的坐标。
轴1是输入轴，轴2与轴1啮合，轴3和3’与轴2啮合。具体关系如下：