論影響主軸回轉精度的因素

顧妍

【摘 要】 機床的質量取決于機床關鍵部件的質量，而機床主軸部件是保證機床加工精度的核心，主軸回轉誤差是影響機床加工精度的重要因素之一，直接影響到加工零件的形狀精度、表面的粗糙程度和質量。本文通過對影響主軸精度的幾種主要因素（軸承誤差、軸承間隙、配合件、剛度和熱變形、主軸轉速）進行深入的探討，并綜合考慮尺寸誤差、形狀和位置誤差的影響，從而采取各種有效措施減少誤差，不斷地提高生產效率。

【關鍵詞】 主軸 ?誤差 ?措施

機床主軸用以安裝工件或刀具，它的回轉精度直接影響工件的形狀精度、位置精度、表面粗糙度。因此加工出來的工件總會有一些誤差出現。結合本人實際工作經驗，對影響主軸精度的因素分析如下。

1 主軸回轉精度

主軸回轉精度是指機床主軸在回轉時實際回轉軸線相對于自身理想回轉軸線的符合程度。二者之間呈現出的變動量就是主軸回轉誤差。變動量越小主軸回轉精度越高，反之，主軸回轉精度越低。主軸回轉誤差受軸向竄動、徑向跳動、角度擺動三者的綜合影響，較為復雜，目前多采用動態測試的手段進行測試和研究（如圖1）。

2 影響因素分析

因主軸受自身軸頸、內錐孔、裝拆夾頭等加工制造精度的影響十分大，所以必須嚴格控制自身的尺寸和形狀誤差，讓它的精度高于配合件的相對應精度。此外主軸回轉精度還受下列因素的影響。

2.1 軸承誤差

軸承誤差主要是指主軸頸和軸承內孔的圓度誤差和波度。

2.1.1 首先以使用單油楔動壓滑動軸承帶動的主軸為例進行詳細分析

使用車床車削外圓時，車床主軸帶動工件作高速旋轉運動，車刀沿導軌作直線運動，此時作用在工件上的切削力保持著較穩定的方向，在這種方向固定的切削力作用下，主軸頸要以不同的部位與滑動軸承內徑某一固定不變的部位進行接觸。若主軸頸為橢圓形的，則主軸每旋轉一圈，主軸回轉軸線就產生兩次徑向跳動;若主軸頸表面存在波度，則主軸回轉軸線就產生高頻徑向跳動。所以主軸頸的圓度誤差和波度是主要影響因素，而滑動軸承內徑的圓度誤差是次要影響因素。

使用鏜床鏜孔時，鏜刀要做高速旋轉運動，所以主軸總是以自身軸頸某一固定不變的部位與軸承內表面的不同部位進行接觸。由上述分析可知，軸承內表面的圓度誤差和波度的影響十分大，而主軸頸圓度誤差的影響因素十分小。

主軸采用滾動軸承與用滑動軸承產生的情況類似，只是要把外圈滾道等同于軸承孔，內圈滾道等同于軸徑就可以了。

2.1.2 應對措施

（1）改換高精度滾動軸承：因滾動軸承內外圈滾道存在一定的波度、滾動體有尺寸誤差都會引起主軸徑向跳動，所以要盡可能的減小滾道的波度、縮小各滾動體直徑差異和形狀誤差、嚴格控制滾道的端面誤差。（2）改換多油楔動壓軸承：因多油楔動壓軸承主軸回轉時四周產生多個油楔，軸頸在這種情況下被推向中心，所以主軸回轉精度較高。（3）改換高精度靜壓軸承：因靜壓軸承的油膜壓力靠液壓泵供給，并不受主軸轉速的影響，所以油膜厚度變化引起的誤差遠遠低于動壓軸承，可獲得較高的主軸回轉精度。

2.2 軸承間隙

在軸承間隙過大的情況下，若改變載荷或轉速，誤差必然隨之迅速增大。軸承間隙不僅使主軸發生一定的靜位移，還使主軸的軸線作十分復雜的周期運動。

應對措施：對滾動軸承進行適量的預緊就可以很好的消除間隙，由于軸承內外圈和滾動體彈性變形是互相影響的，這樣做既增加軸承剛度，又均化誤差，從而提高精度。

2.3 配合件

若軸承內外圈或軸瓦發生變形就會使軸頸、箱體支承孔產生圓度誤差;若主軸軸肩、軸承端蓋、墊圈等端面與主軸回轉軸線不垂直，會使軸承裝配時因受力不均造成滾道傾斜，進而產生徑向、軸向誤差。

應對措施：（1）提高配合件的加工精度：即提高箱體支承孔、軸承端蓋等與軸承有重要配合關系表面的加工精度。（2）提高裝配質量：采用轉移誤差法或誤差補償法進行多次調節，必要時采用就地加工法來提高裝配質量。

2.4 剛度和熱變形

剛度在不同位置上往往不相等，當外載荷的作用方向隨主軸的高速轉速旋轉而迅速變化時，就會因產生的變形不一致而使主軸產生誤差。所以必須使主軸薄弱環節的剛度得到有效提高。

受切削熱和摩擦熱的影響，主軸要發生軸向膨脹和徑向位移。由于軸承徑向熱變形、前后軸承的熱變形各不相同，會影響主軸精度。因此就要設法減少發熱或進行強制冷卻。

2.5 主軸轉速

受主軸部件自身質量不平衡、機床各種隨機振動的影響，當主軸轉速提高時主軸回轉軸線的位移迅速增大，所以主軸轉速最好在最佳轉速范圍之內，還要盡量避開機床的共振區，從而提高加工精度。

3 結語

實際生產中要針對具體問題具體分析，找出主要影響因素，采取正確措施減小誤差，提高效率。