主軸組件對精密設備加工精度的影響分析

隋恩錫

中圖分類號：G718 文獻標識碼：B文章編號：1672-1578（2016）06-0381-01

精密機床的精密性主要靠機床的主運動和進給運動來保證，而衡量機床質量則主要包括機床的切削能力和加工精度這兩方面。加工精度是衡量機床質量的關鍵因素，主軸的徑向和軸向的靜態、動態剛性以及熱性能來決定加工精度，而滾動軸承的精度以及其他主軸組件精度又決定了主軸的徑向和軸向的運轉精度，因此主軸組件的精度直接影響了機床的精密性。

1.影響主軸組件精度的因素

1.1 主軸箱體孔的同軸度及主軸前后支持軸頸的同軸度。箱體孔的不同軸容易引起軸承外圈軸線與主軸組件軸線間產生安裝偏角，軸承內外圈軸線產生夾角將會導致主軸在轉動時發生角度擺動，使工件在加工時產生圓柱度誤差。軸承內外圈互相發生傾斜，會使鋼球與軸承內外圈的接觸點發生變化，產生內外圈的相對位移，致使主軸組件在旋轉時軸向和徑向剛度發生周期性變化。主軸組件因為在工作狀態受到綜合載荷的作用，加工工件將會產生圓度誤差和波紋度。

1.2 軸承內、外圈跳動對主軸組件精度的影響。向心球軸承有兩種受力情況，對于車床、銑床以及磨床類主軸，向心球軸承用于切削力方向不隨主軸旋轉而旋轉的主軸，就是說固定敏感方向，由于外圈滾道的受力區域是固定的，所以對主軸旋轉精度最大的是內圈。而對于鏜床類主軸，切削力方向隨主軸旋轉而旋轉，由于軸承內圈滾道受力區域是固定的，對主軸旋轉影響最大的是軸承的外圈。

1.3 軸承的端面跳動和主軸軸肩跳動。軸承內圈端面對滾道的跳動反映了滾道的側擺，當軸承外圈固定后，軸承內圈的軸向竄動，與軸承內圈套在一起的主軸隨之產生軸向竄動。當一個主軸的支承是由多個軸承組配而成時，主軸的軸向竄動是由所有軸承共同作用的結果。主軸軸肩的端面跳動將直接影響軸承內圈端面與主軸軸肩或隔套的接觸情況，當軸向力作用于軸承內圈時，軸承內圈將產生傾斜，軸承內圈與主軸配合較緊，且螺母的鎖緊使軸頸和軸肩產生張力，導致主軸產生彎曲變形引起主軸端部軸線偏斜。

2.提高主軸組件精度的措施，通過各傳動件的加工精度以及安裝精確性來提高主軸組件的精度

2.1 對主軸箱體孔的修復，當主軸箱體孔磨損不嚴重時，可采取涂鍍和研磨等工藝措施來修復。磨損嚴重失去修復價值的箱體必須更換，對更換的新箱體孔采用坐標鏜床調頭鏜削前、后軸承孔，預留0.005-0.01mm的研磨量。

2.2 對主軸的修復，當主軸軸頸磨損超差時通常采取鍍鉻的方法增加軸頸尺寸，再按軸承內圈尺寸公差進行配磨修復，當主軸出現裂紋或磨損嚴重時則需要更換新主軸。配磨時需先將主軸恒溫4小時，在恒溫條件下測量軸頸外徑尺寸，需測量上中下三個位置的數值，取平均值做記錄。用標準量規校準內徑百分表，然后測量出軸承內孔的實際尺寸公差。通過上述兩個數據計算出主軸軸頸的修磨量，按修磨量在在恒溫條件小配磨軸頸外徑尺寸，與軸承內圈配合的過盈量為0.01-0.016mm。

2.3 主軸的動平衡，機床主軸質量的不均衡引起的不平衡量大小和位置是任意的，會導致機床主軸產生不平衡振動。消除在主軸不平衡的方位上選擇兩個校正面，利用調整質量的辦法使其達到平衡的目的。

2.4 主軸軸承的潤滑，精美和高速旋轉設備的軸承潤滑十分重要，特別是在設計潤滑時需使潤滑油膜完全隔開相對運動的表面，這對數控機床更為重要，因為油質不清潔或短時間的斷油都有可能造成主軸軸承的損壞。現代數控機床主軸軸承大多采用潤滑脂潤滑，含有抗氧化劑和緩蝕添加劑，具有良好的氧化安定性、膠體安定性和低溫性。軸承的裝脂量也將影響主軸組件的精度、性能及使用壽命，實踐驗證比較理想的裝脂量為軸承滾動體空間的30%-40%。

2.5 主軸軸承的預緊，為了提高回轉精度，增加軸承組合的剛性，提高加工零件的表面質量，減少振動和噪音，對精美機床特別是數控機床的主軸都應該消除軸承的游隙。目前通常采取預緊的方法來消除軸承的游隙，一般采取定壓預緊和定位預緊兩種方法。

總之，提高了主軸組件的精度對提高精密機床的精密性以及其加工精度是至關重要的，而正確合理地采取提高主軸組件的精度措施也是保障精密設備加工精度的關鍵。