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裝備制造業(yè)的基礎在于機床，而加工中心機床集高精度與高效率于一體，同時是產(chǎn)品質(zhì)量的保證。國際上從上世紀 90 年代后期，將機床主軸作為機床的關鍵功能部件逐步由機床主機廠分立出來，目前國內(nèi)90%以上中高端主軸產(chǎn)品是中國臺灣及其他國外產(chǎn)品。加工中心機床主軸分為電主軸和機械主軸，電主軸是將電動機內(nèi)置于主軸單元的高新技術產(chǎn)品，將變頻電動機和機床主軸合二為一，實現(xiàn)了機床的零傳動，尤其在磨床上和雕銑機床上得到了廣泛的應用。對比電主軸與機械主軸，電主軸存在制作成本高，潤滑冷卻裝置復雜，需要控制系統(tǒng)等外圍設備，維護和維修成本高，而機械主軸具有結(jié)構(gòu)簡單成本低，使用配置簡單，維護和維修成本低，機械主軸得到大量應用。
　　加工中心機械主軸的高速切削，因切削摩擦而產(chǎn)生大量的切削熱是影響加工中心機床加工精度和表面質(zhì)量的主要因素，同時，摩擦熱產(chǎn)生導致切削溫度的升高，從而加劇了刀具的磨損，縮短刀具的使用壽命。
1 AP1230 加工中心機械主軸簡介
一般的加工中心機械主軸結(jié)構(gòu)，如圖 1 所示，主軸內(nèi)部設計有松拉刀機構(gòu)，外部設置有同步帶輪傳動機構(gòu)，傳動方式多是皮帶傳動，即采用普通電動機驅(qū)動，通過電動機帶輪轉(zhuǎn)動皮帶驅(qū)動加工中心主軸同步轉(zhuǎn) 動，松拉刀機構(gòu)采用氣缸推動拉桿的方式。這種加工中心機械主軸的傳動方式存在較多的缺點，如傳動不平穩(wěn)，皮帶的振動會影響加工中心機械主軸的正常運轉(zhuǎn)，影響主軸的加工精度，噪音大，低速重切削時易出現(xiàn)皮帶跳脫打滑問題。另外多級傳動機構(gòu)造成加工中心機床結(jié)構(gòu)龐大復雜，占用空間大。
　　現(xiàn)有加工中心機械主軸的冷卻一般解決主軸的自身溫升，大都采用殼體設計有螺旋冷卻水槽結(jié)構(gòu)，通過循環(huán)冷卻水降低主軸高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的溫升。對加工工件銑削部位和刀具產(chǎn)生的熱量，一般通過加工中心機床自帶的冷卻管噴射冷卻液進行冷卻，存在冷卻液的噴射方向單一，在改變加工工件部位和更換不同刀具等工況發(fā)生變化時，冷卻液的噴射卻不會及時自行調(diào)整噴射角度和高低等，對正在加工銑削中心部位的冷卻效果大大降低，因切削高溫加劇刀具磨損，縮短使用壽命，進一步造成工件加工精度的超差。
2 APHZ1230 加工中心機械主軸結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設計
　　機械主軸主要分為齒輪傳動式、皮帶傳動式和直聯(lián)式 3 種傳動方式。從加工中心高速性能的要求，相比之下只有直聯(lián)式傳動方式符合。直聯(lián)式主軸是由聯(lián) 軸器直接將電動機和主軸單元相聯(lián)，優(yōu)點是省去了中間傳動環(huán)節(jié)，傳輸功率損耗小，可實現(xiàn)高速，且噪音低于皮帶式主軸。
　　同時，為降低刀具與工件切削產(chǎn)生的熱量，延長加工刀具的使用壽命，從主軸的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)方面考慮，結(jié)合現(xiàn)有的加工中心機械主軸冷卻方式的發(fā)展，在原有加工中心機械主軸的結(jié)構(gòu)基礎上，設計一種創(chuàng)新型的環(huán)噴直聯(lián)式加工中心機械主軸，主要創(chuàng)新結(jié)構(gòu)有三部分，如圖 2 所示