關(guān)于影響主軸部件旋轉(zhuǎn)精度的分析研究

劉 浩，劉 靜

沈陽(yáng)機(jī)床股份有限公司中捷立式加工中心事業(yè)部，遼寧 沈陽(yáng) 110141

在機(jī)床的加工過(guò)程中，主軸部件屬于較為關(guān)鍵部件，主軸部件主要包含主軸軸承、主軸和安裝在主軸之上的傳動(dòng)零件等部分。在車床中，主要有支持工件、安裝卡盤、工作時(shí)承受切削力、帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。主軸主要是用來(lái)直接帶著刀具和工件旋轉(zhuǎn)的，所以主軸有著比較精密的特殊要求，通常情況下，在主軸的工作載荷之下，主軸必須要保持長(zhǎng)期穩(wěn)定精度，眾所周知，主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度就是衡量精度的唯一指標(biāo)。伴隨著精密加工的逐步發(fā)展和提高，很多加工行業(yè)對(duì)機(jī)床主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度提出了越來(lái)越高的要求，所以說(shuō)探討影響主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度，是提高加工效益和提高旋轉(zhuǎn)精度的必經(jīng)之路。

1 影響主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度因子分析

旋轉(zhuǎn)精度主要就是指主軸部件在裝配之后，主軸最前端的安裝刀具和工件部分的軸向與徑向跳動(dòng)數(shù)值的變化幅度。影響旋轉(zhuǎn)精度的主要因素就是主軸的一些關(guān)鍵零件，比如軸承、主軸等一些器件的裝配質(zhì)量和制造精度等。

1.1 滾動(dòng)軸承的影響

滾動(dòng)軸承在運(yùn)行過(guò)程中也會(huì)對(duì)旋轉(zhuǎn)精度造成一定的影響，其主要原因就是因?yàn)闈L動(dòng)軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中滾動(dòng)體的直徑和滾道的徑向跳動(dòng)軌跡不規(guī)則，所以很難形成一個(gè)穩(wěn)定的平衡的運(yùn)行路途。第一，滾道的影響分析：旋轉(zhuǎn)中心線主要是根據(jù)軸承具體的滾道所確定的，軸承的內(nèi)孔主要起著決定主軸的中心，如果內(nèi)圈的滾道和內(nèi)孔不在一個(gè)圓心上，主軸的幾何中心和旋轉(zhuǎn)中心線就很難重合在一起，這樣一來(lái)就會(huì)造成主軸的幾何中心不斷產(chǎn)生徑向的跳動(dòng)。同時(shí)因?yàn)閮蓚€(gè)中心線不在同一個(gè)圓心上，還會(huì)造成刀具和工件的旋轉(zhuǎn)中心線和安裝基準(zhǔn)也不在同一個(gè)圓心上，所以就難免會(huì)出現(xiàn)刀具和工件的位置誤差；第二，滾道的形狀誤差以及滾動(dòng)體的直徑相互不統(tǒng)一，也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，這種誤差的產(chǎn)生會(huì)直接影響到前后兩個(gè)軸承的滾道的具體形狀，因?yàn)閮?nèi)圈滾道上的所有點(diǎn)都是通過(guò)整個(gè)承載區(qū)的，因此軸承的內(nèi)圈滾道具體形狀誤差就會(huì)導(dǎo)致主軸旋轉(zhuǎn)軸線的方位，嚴(yán)重時(shí)還能引起整個(gè)主軸的旋轉(zhuǎn)軸線向不同方向的漂移；第三，間隙所導(dǎo)致的影響：由于軸承之間總是或多或少存在一定的間隙，間隙的大小也會(huì)影響整個(gè)旋轉(zhuǎn)精度的。如果間隙過(guò)大，滾動(dòng)體所承受載荷數(shù)量就會(huì)減少，其中某一個(gè)滾動(dòng)體的載荷可能會(huì)巨大，產(chǎn)生了不平衡載荷，因此降低了整個(gè)主軸的旋轉(zhuǎn)精度。反之，因?yàn)殚g隙太小，會(huì)給裝配帶來(lái)一定的困難，同時(shí)也因?yàn)檩S承屬于薄壁件，所以會(huì)直接導(dǎo)致裝配過(guò)程中的變形，就會(huì)引起徑向的夾緊。

圖1 內(nèi)孔和內(nèi)圈滾道不同

1.2 主軸零件的影響

軸承圈屬于薄壁零件，所以在受力的時(shí)候容易產(chǎn)生變形，因此在安裝支承座孔或者主軸軸頸上的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)具有相應(yīng)的配合過(guò)盈量，如果支承座孔與軸頸有錐度及圓度的誤差，裝配之后軸承圈就會(huì)產(chǎn)生一定的變形，這樣就會(huì)破壞了軸承圈的滾道初始精度。主軸前后的軸承內(nèi)圈與軸頸之間、軸承外圈與支承座孔的同一軸度的誤差，也能讓主軸彎曲，如果軸承的內(nèi)外圈滾道產(chǎn)生一定的傾斜，就能導(dǎo)致主軸旋轉(zhuǎn)中心線的軸向竄動(dòng)和徑向跳動(dòng)，嚴(yán)重的情況下還會(huì)引發(fā)主軸前端的工夾具定位面發(fā)生一定的偏轉(zhuǎn)。

2 軸上零件的端面垂直度的影響

軸上零件主要是用作整個(gè)軸承的軸向定位面的軸肩端面，如果主軸箱體的支承座孔的擋肩端面和整個(gè)軸線不是相互垂直的，或者軸向的固定軸承所用的隔套、調(diào)整螺母、墊圈的端面相對(duì)軸線也不是垂直，所有這些都會(huì)讓軸承在整個(gè)裝配過(guò)程中引發(fā)受力的不均，極易導(dǎo)致歪斜，嚴(yán)重的時(shí)候還會(huì)引起相應(yīng)滾道的畸變，另外也可能還會(huì)出現(xiàn)主軸的彎曲變形，這樣一來(lái)就會(huì)大大影響整個(gè)主軸部件的具體旋轉(zhuǎn)精度的。

2.1 主軸部件的裝配影響

主軸部件的具體裝配是和主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度有著緊密的聯(lián)系。根據(jù)工作實(shí)踐的總結(jié)和歸納，就是選擇了同樣精度的軸承和主軸零件，只要是裝配恰當(dāng)，就能進(jìn)一步地提高整個(gè)主軸部件的具體旋轉(zhuǎn)精度；如果裝配不是很恰當(dāng)，就會(huì)加大整個(gè)主軸部件的具體旋轉(zhuǎn)精度誤差。所以說(shuō)，如何有效地選配整個(gè)主軸軸承屬于完善和提高旋轉(zhuǎn)精度的關(guān)鍵步驟。

2.2 溫升過(guò)程的影響

在整個(gè)加工過(guò)程中，主軸部件因?yàn)樵诓煌５倪\(yùn)轉(zhuǎn)，所以往往會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，這些不斷積累的熱量就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)加工過(guò)程的溫度逐漸升高，所以就會(huì)引發(fā)箱體和主軸部件不同程度的變形，機(jī)床部件和旋轉(zhuǎn)中心線的位置發(fā)生了一定的變化，這樣也會(huì)導(dǎo)致加工精度的準(zhǔn)確性。

3 提高和改善主軸部件旋轉(zhuǎn)精度的方法

3.1 提高軸承所有元件的精度

在整個(gè)裝配軸承和制造加工過(guò)程中，一定要保證軸承的所有的精度指標(biāo)符合其要求和標(biāo)準(zhǔn)，尤其是要改善軸承內(nèi)孔與內(nèi)圈滾道的同一軸度、軸承外徑與外圈滾道的同一軸度，盡量減少滾動(dòng)體之間的形狀誤差和尺寸誤差。

3.2 提高軸上零件的制造精度

參照軸承精度等級(jí)和機(jī)床精度等級(jí)，具體確定整個(gè)主軸箱體、主軸、調(diào)整螺母等相關(guān)零件的加工和制造精度。通常情況下都是通過(guò)提高主軸軸頸的具體尺寸精度或者減小主軸軸頸的形狀誤差，改善主軸箱體支承座孔的同一軸度，改變調(diào)整間隙所選用的墊圈、螺母等端面的垂直精度，盡量滿足傳動(dòng)件的形位公差要求。

3.3 提高主軸部件的裝配

裝配之前應(yīng)該對(duì)同一批的箱體、主軸以及軸承進(jìn)行相應(yīng)的選配，從而確保了前后軸承的內(nèi)圈徑向尺寸偏差以及與之相匹配的主軸軸頸外圓的徑向尺寸偏差，同時(shí)把跳動(dòng)量最大處依據(jù)相反的方向進(jìn)行裝配，讓其誤差進(jìn)行相互的抵消，這樣就能確保裝配之后的主軸部件滿足整個(gè)裝配的具體要求。

綜上所述，只有通過(guò)不斷地對(duì)間隙和軸承精度、軸上零件和主軸的改良和設(shè)計(jì)，使主軸部件的整個(gè)裝配調(diào)整到最佳狀態(tài)，就能逐步滿足整個(gè)加工過(guò)程對(duì)主軸部件的旋轉(zhuǎn)的相關(guān)精度要求。

[1]楊峻峰主編.機(jī)床及夾具教材[M].清華大學(xué)出版社.

[2]彭福函編.滾動(dòng)軸承的合理使用[M].上海科技文獻(xiàn)出版社.