軸承座機械加工工藝方案的優化措施分析

侯瑞麗

（新疆石河子職業技術學院，新疆 石河子 832000）

1 軸承座概述

軸承座在目前的機械生產制造領域、建筑領域以及水利水電工程領域都有廣泛應用。20 世紀90 年代開始，日本初步打開了中國的軸承市場，歐美國家也紛紛加入，造成我國的軸承市場份額迅速擴大。隨著我國科研技術的不斷發展進步，近年來我國在軸承座制造和研發中也獲得了很大突破，基于產業鏈和市場影響，再加上政策對于技術發展的支持力度增大，很多工廠和個人作坊開始了軸承座產品的研發和生產。調查發現，我國在軸承座方面的科研不斷增多，產銷規模進一步增大，而軸承座市場競爭也越來越激烈，所以需要進一步加速在開發軸承座產品上的步伐，研究各種類型和功能的軸承座產品，以提升自身的競爭優勢[1-3]。

2 軸承座的優化設計

通過對軸承座的應力云圖分析，在絲杠運動的情況下，軸承孔的下半部分承受徑向壓力載荷，所以存在應力集中的情況。要是軸承座處于長時間連續運營狀態，就可能導致軸承座的下半部分邊緣產生裂縫，嚴重情況下會導致軸承座損壞，影響到軸承的正常使用。且如果長期處于荷載壓力的運行環境中，也會導致軸承座的使用壽命不斷降低，要是頻繁更換軸承座，一方面可能導致成本增加，還可能導致生產效率降低，引發相關問題。所以，要結合軸承座在使用中的這種現象，對其結構進行優化設計，這樣可以強化軸承座的性能，避免應力集中帶來的破壞。對此，需要結合軸承座的基本受力狀態，設計優化方案[4-7]。

2.1 增加“加強筋”

絲杠處于運動狀態下，軸承孔的下半部分需要承受徑向的壓力荷載，所以需要強化軸承座下半部分的結構，提升下半部分的穩定性和強度。對此，可以設計在軸承座下半部分增加“加強筋”，以此來提升軸承座的強度，切實提升軸承座安裝位置的穩定性。這個加強筋并不一定是對于軸承座的長度或高度進行加強，可以通過相互垂直面來實現對局部剛性的提升。

首先，在不改變軸承座壁厚的情況下，實現增強部件強度和剛性，這對于節約材料用量，降低生產成本至關重要[5]。

其次，要處理好由于結構分布導致的應力不均可能導致的扭曲變形問題。

對改造后的軸承座進行應力分析，可以發現原軸承座的彈性應變應力極值約為5.31 MPa，而其優化后應力極值素質只有1.73 MPa，可見，改良后的軸承座等效應力明顯降低，說明且載荷也在降低，這對于提升軸承座剛性和強度有重要作用。

2.2 凸臺之間增加“支撐條”

絲杠運動中，軸承孔下半部分成承受徑向壓力載荷，所以需要強化軸承座安裝位置的下半部分結構，進一步提升軸承的強度和結構穩定性。對此，還可以設計在軸承底座增加支撐條，位于每兩個凸臺中間，這對于分散應力有一定作用，可以在軸承座受到重力或軸向荷載的情況下，幫助軸承座分擔部分力的作用。因為軸承座屬于軸對稱形態，因此在下半部分受力情況下，需要為軸承座的底座三個方向增加支撐條。為確保軸承座結構完整，在絲桿不作運動的情況下，確保軸承座的受力均勻，則需要在四個凸臺中間位置增加支撐條。

通過對原軸承座的分析，軸承座下半部分邊緣也存在應力集中的情況，所以除了增加支撐條外，還可以在軸承座上端口邊緣作加厚處理，這對于提升其強度有一定必要性?；诶碚摲治鰜砜?，支撐條和加厚邊緣的結構設計，能夠切實提升軸承座的剛度，促進軸承座重量增加，優化設計效果。

2.3 兩種優化方案對比分析

通過對兩個方案進行有限元分析，發現優化設計后的軸承座的最大主應力從5.81 MPa 降到了5.31 MPa，等效應力從2.03 MPa 降到了1.73 MPa。說明在進行加強筋設計后，軸承座下半部分應力集中情況有一定的環節，軸承座的載荷也得到減輕，軸承座的穩定性明顯優化。加強筋設計就是在不改變軸承座厚度的情況下，提升軸承座強度和剛性，提升其穩定性，讓軸承座的變形減小。而增加支撐條后的軸承座，應力集中區域顏色明顯減弱，說明增加支撐條對于分散應力集中有一定幫助，能夠提升軸承座的穩定性。在增加支撐條后，能夠讓四個安裝孔的邊緣應力集中顯現顯著減弱，邊緣加厚處理后軸承座的結構更為穩定。

如圖1 所示，為使用ABAQUS 仿真軟件對軸承座進行有限元分析的數據結果上圖為優化前的軸承座受力分析數據，下圖為優化后的軸承座受力數據。

總體來看，通過加強筋優化設計，整體設計結構簡單且加工方便，且優化的結構體積小，對原軸承座質量不會產生較大影響，增加支撐條后，能夠讓軸承座重量有所增加，也增加了受力，軸承座加工難度增大。而從優化的結果而言，兩種不同的優化方案都可以讓軸承座受力降低，但是對比兩種方案，加強筋的優化方案效果更好，相應結構改變更加復雜，不適合廣泛應用。加強筋處理方法簡單易行，不會改變軸承座重量的情況下也能實現優化設計效果，這樣的設計更為有效，應用更為便利。此外，基于目前的工業發展和生產需要來看，資源能源消耗加劇，基于可持續發展觀念，在探索高質量發展的過程中，也要尋找低消耗的方式，所以，需要適當進行優化設計，這對于提升生產效率，延長使用壽命，降低資源消耗至關重要。

3 軸承座夾具設計

針對軸承座的夾具設計，是為了更好的提升加工的精度，提升生產效率，確保相應的加工盡量質量滿足要求。因為目前加工導軌面時通常使用刨削方法，相應的加工工藝對于技術要求比較高，所以在夾具設計中，需要考慮加工生產的效率問題，確保相應勞動強度有效降低，針對相應工件孔以及地面加工中，需要做好底面加工夾具生產制造，滿足夾具在夾緊的情況下，相應的工件平面依然可以轉動，按照相應零件圖對于具體的定位基準開展有效選擇。

軸承座的夾具加工中，還有圓度以及圓柱度的加工要求，相應的加工定位誤差大致可以忽略，所以，應該使用互定位方法，相關面沒有實施加工的情況下，相應底面和斜面定位基準要求比較嚴格，和實際的定位尺寸往往會存在一些出入，要想保證相應的基準孔位置和加工精度，必須要把握有效的時間應用，采取精加工模式來充當加工后孔基準。相應軸承座設計中，也需要按照相關加工方案來進行。具體應該思考一下幾點問題：

第一，加工孔操作實施后，按照相應加工要求來對于其他部分進行加工；

第二，進行導軌面預先加工，再開展其他部分加工工作。

要是以孔的形式充當加工面，加工精度就很難實現，在現階段條件下開展相應工藝應用，實施科學合理的夾具設計，還是通過錐套方法應用來緊固，這樣兩個錐套就可以在對應方向移動，實現五個不定度。此外，還可以嘗試通過支撐板的方法來對于不定度進行轉換，確保相應的工件定位可靠性。例如，根據軸承座加工尺寸要求和數控機床設計行程，工裝夾具設計成每次裝夾10 個工件，工件數可根據實際需求進行調整，對其進行M、N 兩孔擴鉸作業。首先將10 個工件排列成兩行，每行5 個工件，使用M 孔擴孔刀依次對10 個工件的M 孔進行擴孔。M 孔擴孔刀換為N 孔擴孔刀后，依次對10 個工件的N 孔進行擴孔。擴孔作業完成后將N 孔擴孔刀換為M 孔鉸刀，依次對10個工件的M 孔進行鉸孔。作業完成后將M 孔鉸刀換為N 孔鉸刀，依次對10 個工件的M 孔進行鉸孔。從換刀次數來看，10 個工件進行擴鉸作業只需進行4次換刀操作。

在數控銑床的工裝夾具設計中，要將加工中出現的誤差進行充分考慮，明確誤差出現的主要原因，在夾具的設計中，要充分地設計相對比較簡易的夾具，提升夾具的加裝定位速度和準確性，保證加工圓弧和倒角的精確性。

4 結語

目前，數控車床的應用范圍不斷擴大，對于數控車床的加工質量要求也在不斷提升。工藝性分析和處理是數控加工前需要做好的工作，需要在數控該程序編程之前就完成。因為一旦工藝方案確定，編程就有了參考依據。要是工藝性分析不到位，工藝處理不合理，可能導致數控加工中出現錯誤，這對于加工質量也會產生影響，容易導致廢品出現，增加生產加工成本，還會拉低生產效率。所以，需要在數控加工中明確相關工藝，做好程序編程。要對數控車削做好合理的工藝處理，提升零件加工質量和效率，結合零件圖紙對工藝分析，把握加工內容和技術要點，確定加工方式和路線，選擇合理的刀具和刀削用量，確保加工可靠性。