影響主軸部件旋轉精度的分析及改善方法

【摘 要】本文主要分析滾動軸承、主軸和軸上零件等對主軸部件旋轉精度的影響因素及提高主軸部件旋轉精度的相應措施。

【關鍵詞】旋轉精度；主軸部件；提高措施；影響因素

0.引言

在機床的加工過程中，主軸部件屬于較為關鍵部件，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零件等部分。在車床中，主要有支持工件、安裝卡盤、工作時承受切削力、帶動工件旋轉。主軸主要是用來直接帶著刀具和工件旋轉的，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，主軸必須要保持長期穩定精度，眾所周知，主軸部件的旋轉精度就是衡量精度的唯一指標。伴隨著精密加工的逐步發展和提高，很多加工行業對機床主軸部件的旋轉精度提出了越來越高的要求，所以說探討影響主軸部件的旋轉精度，是提高加工效益和提高旋轉精度的必經之路。

1.影響主軸部件的旋轉精度因子分析

旋轉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數值的變化幅度。影響旋轉精度的主要因素就是主軸的一些關鍵零件，比如軸承、主軸等一些器件的裝配質量和制造精度等。

1.1滾動軸承的影響

滾動軸承在運行過程中也會對旋轉精度造成一定的影響，其主要原因就是因為滾動軸承在運轉過程中滾動體的直徑和滾道的徑向跳動軌跡不規則，所以很難形成一個穩定的平衡的運行路途。

第一、滾道的影響分析：旋轉中心線主要是根據軸承具體的滾道所確定的，軸承的內孔主要起著決定主軸的中心，如果內圈的滾道和內孔不在一個圓心上，主軸的幾何中心和旋轉中心線就很難重合在一起，這樣一來就會造成主軸的幾何中心不斷產生徑向的跳動。同時因為兩個中心線不在同一個圓心上，還會造成刀具和工件的旋轉中心線和安裝基準也不在同一個圓心上，所以就難免會出現刀具和工件的位置誤差；第二、滾道的形狀誤差以及滾動體的直徑相互不統一，也會產生一定的影響，這種誤差的產生會直接影響到前后兩個軸承的滾道的具體形狀，因為內圈滾道上的所有點都是通過整個承載區的，因此軸承的內圈滾道具體形狀誤差就會導致主軸旋轉軸線的方位，嚴重時還能引起整個主軸的旋轉軸線向不同方向的漂移；第三、間隙所導致的影響：由于軸承之間總是或多或少存在一定的間隙，間隙的大小也會影響整個旋轉精度的。如果間隙過大，滾動體所承受載荷數量就會減少，其中某一個滾動體的載荷可能會巨大，產生了不平衡載荷，因此降低了整個主軸的旋轉精度。反之，因為間隙太小，會給裝配帶來一定的困難，同時也因為軸承屬于薄壁件，所以會直接導致裝配過程中的變形，就會引起徑向的夾緊。

圖一 內孔和內圈滾道不同

1.2主軸零件的影響

軸承圈屬于薄壁零件，所以在受力的時候容易產生變形，因此在安裝支承座孔或者主軸軸頸上的過程中，經常會具有相應的配合過盈量，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產生一定的變形，這樣就會破壞了軸承圈的滾道初始精度。主軸前后的軸承內圈與軸頸之間、軸承外圈與支承座孔的同一軸度的誤差，也能讓主軸彎曲，如果軸承的內外圈滾道產生一定的傾斜，就能導致主軸旋轉中心線的軸向竄動和徑向跳動，嚴重的情況下還會引發主軸前端的工夾具定位面發生一定的偏轉。

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軸線不是相互垂直的，或者軸向的固定軸承所用的隔套、調整螺母、墊圈的端面相對軸線也不是垂直，所有這些都會讓軸承在整個裝配過程中引發受力的不均，極易導致歪斜，嚴重的時候還會引起相應滾道的畸變，另外也可能還會出現主軸的彎曲變形，這樣一來就會大大影響整個主軸部件的具體旋轉精度的。

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精度有著緊密的聯系。根據工作實踐的總結和歸納，就是選擇了同樣精度的軸承和主軸零件，只要是裝配恰當，就能進一步地提高整個主軸部件的具體旋轉精度；如果裝配不是很恰當，就會加大整個主軸部件的具體旋轉精度誤差。所以說，如何有效地選配整個主軸軸承屬于完善和提高旋轉精度的關鍵步驟。

2.2溫升過程的影響

在整個加工過程中，主軸部件因為在不停的運轉，所以往往會產生一定的熱量，這些不斷積累的熱量就會導致整個加工過程的溫度逐漸升高，所以就會引發箱體和主軸部件不同程度的變形，機床部件和旋轉中心線的位置發生了一定的變化，這樣也會導致加工精度的準確性。

3.提高和改善主軸部件旋轉精度的方法

3.1提高軸承所有元件的精度

在整個裝配軸承和制造加工過程中，一定要保證軸承的所有的精度指標符合其要求和標準，尤其是要改善軸承內孔與內圈滾道的同一軸度、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

參照軸承精度等級和機床精度等級，具體確定整個主軸箱體、主軸、調整螺母等相關零件的加工和制造精度。通常情況下都是通過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，盡量滿足傳動件的形位公差要求。

3.3提高主軸部件的裝配

裝配之前應該對同一批的箱體、主軸以及軸承進行相應的選配，從而確保了前后軸承的內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，同時把跳動量最大處依據相反的方向進行裝配，讓其誤差進行相互的抵消，這樣就能確保裝配之后的主軸部件滿足整個裝配的具體要求。

綜上所述，只有通過不斷地對間隙和軸承精度、軸上零件和主軸的改良和設計，使主軸部件的整個裝配調整到最佳狀態，就能逐步滿足整個加工過程對主軸部件的旋轉的相關精度要求。 [科]

【參考文獻】

[1]楊峻峰主編.機床及夾具教材.清華大學出版社.

[2]彭福函編.滾動軸承的合理使用.上?？萍嘉墨I出版社.