淺析主軸箱體的加工精度與機床幾何、工作精度

摘 要：文章著重介紹了主軸箱體的加工精度與機床幾何精度（主軸精度）、工作精度的關系。并例舉說明了主軸箱體的主要加工精度對機床精度等方面產(chǎn)生的影響。

關鍵詞：加工精度；圓度；同軸度；垂直度；間隙

中圖分類號：TH161 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）17-0098-02

數(shù)控機床的精度主要分為幾何精度、位置精度和工作精度。幾何精度主要包括床頭主軸精度和導軌上運動部件的精度以及床頭精度相關聯(lián)的精度，工作精度就是加工工件的精度。

主軸箱體零件是機床重要部件和基礎件。由它將一些軸、套和齒輪等零件組合在一起，使其保持正確的相互位置精度關系，彼此能夠按照一定的傳動關系協(xié)調(diào)地運動。主軸箱體的加工質(zhì)量對整個機床精度、性能和壽命都有著直接的影響。尤其是對機床的幾何精度（床頭主軸）和工作精度影響較大，特別是近幾年，隨著機床行業(yè)的迅猛發(fā)展，用戶對機床精度特別是幾何精度和工作精度的要求越來越高，所以為了保證機床整機精度要求，首先要保證組成機床的零件的自身精度要滿足技術要求。也就是說首先要保證零件的加工精度前提下，才能保證機床的整機精度。因此，本文將從以下幾個方面進行分析主軸箱體的主要加工精度影響機床的幾何精度（床頭主軸）和工作精度。

1 機床幾何精度（床頭主軸）及工作精度（加工精

度）要求

①機床幾何精度（床頭主軸精度）要求。根據(jù)中華人民共和國國家標準GB/T16462—1996《數(shù)控臥式機床精度檢驗》要求：幾何精度（床頭主軸）共有4項要求（以我廠目前HTC80( CKS6180) 為例）。其一，主軸的周期性軸向竄動，主軸卡盤定位端面的跳動。其二，主軸軸端的卡盤定位錐面的徑向跳動。其三，主軸錐孔軸線的徑向跳動：靠近主軸端面，距主軸端面500處。其四，刀架移動對主軸軸線的平行度：在主平面內(nèi)及在次平面內(nèi)。

②工作精度（工件加工精度）要求。有以下幾項要求。其一，精車試件外圓：圓度及直徑的一致性。其二，精車端面的平面度。

2 主軸箱體的結構形式及主軸組件精度

2.1 主軸箱的基本結構

目前我廠普及型數(shù)控床頭箱結構通常采用由伺服電機的旋轉，通過帶動皮帶輪的旋轉從而達到主軸旋轉的目的。通常我們管這種結構叫做單軸結構。而對應的主軸箱體零件的結構通常有兩支撐的、三支撐的箱體結構。兩支撐的主軸箱體有兩孔同軸度要求、圓度要求，垂直度要求。三支撐的主軸箱體有三孔的同軸度要求、橢圓度要求，垂直度要求。根據(jù)不同結構的要求，對主軸箱體有著不同的技術要求。我廠HTC80（CKS6180）系列床頭結構為兩支撐結構。

2.2 主軸組件精度

①主軸1∶12錐度與軸承的接觸率。主軸1∶12錐度與軸承接觸的好壞，在箱體總裝精度起著非常重要的作用。我們通常在磨削加工主軸外圓時，用軸承研合檢查接觸率配磨株洲外圓，而且是一個軸承對應一個主軸。

②主軸的預緊力和動平衡。主軸組件裝配后根據(jù)機床的結構、精度、主軸的轉速、負載等要求，確定機床主軸軸承的配置形式，并進行預緊力試驗消除軸承的間隙，保證主軸的剛度和回轉精度。

主軸組的動平衡質(zhì)量直接影響主軸高速回轉精度和振動，從而影響加工精度。我廠裝配主軸組件后，都必須上動平衡試驗機進行動平衡試驗，保證主軸組件的動平衡。

我廠的CKS系列機床主軸在裝配時做好預緊力和動平衡。

由于我廠數(shù)控車床單軸結構的主軸箱體，主軸箱體孔前面的軸承支撐通常為一對高精度角接觸球軸承“70系列”和一個高剛性的雙列圓柱滾子軸承“NN30”系列組合。在裝配時保證了主軸軸承安裝合適，預緊可靠，動平衡符合要求，使主軸組件有一個良好的精度和剛性，本文就是在主軸組件精度和其他精度合格的基礎上探討本論文的主題，所以提高和控制主軸箱體的主要加工精度，減少對機床幾何精度和工作精度的影響，顯得尤為重要。下面就箱體的加工精度影響簡單進行分析。

3 箱體加工精度影響分析

3.1 主軸箱體孔同軸度的影響

兩支撐的主軸箱體，如果前、后軸承孔同軸度超差，就是我們通常說的兩孔的中心線不在同一理想中心線上，既兩孔錯心，當主軸穿入箱體孔時，（我們認為主軸兩軸承支撐外圓是理想的同軸）那么，主軸勢必在箱體內(nèi)發(fā)生變形產(chǎn)生彎曲，軸承內(nèi)、外環(huán)發(fā)生錯心，軸承的游隙量發(fā)生變化，在同一圓周上造成軸承的滾動體受力不均，部分滾柱不是在正常地轉動，而在瞬間打滑。正是這打滑磨擦現(xiàn)象，會引起軸承意外的升溫發(fā)熱。種種發(fā)熱的不利因素，會造成軸承的早期劣化損傷。特別是那些較高轉數(shù)的數(shù)控主軸，除表面有運轉的異常雜聲外，重則嚴重影響主軸的剛性。導致切削加工試件時“振刀”。這時如果將千分表或百分表的指針垂直指向主軸的短錐外圓上，你就不難看出表的指針的擺動。同時主軸在高速旋轉時質(zhì)量發(fā)生偏移，動平衡質(zhì)量超差產(chǎn)生振動。在被加工零件的表面，出現(xiàn)程度不同的振紋。目前我廠HTC80(CKS6180)主軸箱體同軸度不超過0.008 mm。

3.2 主軸箱體孔圓度的影響

箱體孔的加工，不管采用何種設備，必然存在著較大的形狀誤差。而且，極容易地干涉著軸承外圈在箱體孔中的形狀。也就是受箱體孔的約束也會變形（這一點我們可用內(nèi)徑千分表測量，在相同的截面不同的點進行多點測量）。當軸承外圈的內(nèi)滾道面圓度偏大之后，軸承的滾柱因在某位置區(qū)域出現(xiàn)了間隙而滑動。由于滾動體的滑動會引起意外的升溫發(fā)熱。種種發(fā)熱的不利因素，同樣會造成軸承的早期劣化損傷，主軸運轉異常出現(xiàn)雜聲，并嚴重影響主軸的剛性，主軸的剛性下降，導致切削加工試件時“振刀”。在被加工零件的表面，出現(xiàn)不同程度的振紋。目前我廠HTC80（CKS6180）主軸箱體孔圓度不超過0.01mm。

3.3 主軸箱體孔與軸承外環(huán)間隙的影響

軸承外環(huán)是是薄壁環(huán)，受箱體孔形狀約束。同時軸承外環(huán)也受間隙配合的影響，間隙過大、過小都將影響著主軸的精度及剛性。箱體孔與軸承外環(huán)間隙過小，直接影響的軸承的游隙量，旋轉后軸承意外的升溫發(fā)熱，會造成軸承的早期劣化損傷從而影響主軸的旋轉精度及主軸的剛性，主軸出現(xiàn)異常雜聲，高叫、重則嚴重影響主軸的剛性，主軸精度出現(xiàn)異常，若箱體孔是橢圓形，并且與軸承外環(huán)間隙過小，那么就會使軸承外環(huán)受箱體孔的影響而變形。

假設主軸箱體孔與軸承外環(huán)間隙過大，外環(huán)在箱體內(nèi)承受徑向力大大減弱，且主軸在高速旋轉時，外環(huán)隨著內(nèi)環(huán)易產(chǎn)生轉動，這時軸承滾動體產(chǎn)生相對滑移，瞬間打滑。打滑磨擦現(xiàn)象，會引起軸承意外的升溫發(fā)熱。同樣會造成軸承的早期劣化損傷。目前我廠HTC80（CKS6180）主軸箱體孔與軸承外環(huán)配鏜間隙不超過-0.002～0.004mm。

以上問題出現(xiàn)后反映在機床幾何精度上就是主軸軸端的卡盤定位錐面的徑向跳動超差、主軸錐孔軸線的徑向跳動超差、主軸周期性軸向竄動超差、主軸卡盤定位錐面的徑向跳動超差。

反映在工作精度上就是工件外圓粗糙度大，振紋、圓度超差等。

3.4 主軸箱體定位基面的影響

如圖1所示，基準面C、與立面D既是加工基準，又是裝配基準?；鶞实慕y(tǒng)一保證了總裝精度的要求。底面C、與立面D是與床身連接的結合面，是重要結合面，是保證機床幾何精度（刀架移動對主軸軸線的平行度在主平面內(nèi)及在次平面內(nèi)）的重要環(huán)節(jié)。

立面D與主軸箱體孔的平行直接影響床頭方向是否向里、向外?；鍯與主軸箱體孔的平行直接影響床頭方向是否抬頭還是低頭。因此主軸孔與定位基面的平行度誤差將影響機床幾何精度（刀架移動對主軸回轉軸線的平行度）。反映到機床工作精度也就是造成車削工件的圓柱度超差，工件出現(xiàn)錐度。

一般我們在作床頭主軸精度時，只許主軸方向向下，且偏向刀具。

4 結 語

綜上所述，影響機床幾何精度和工作精度的因素很多，在機床其他零部件精度保證的情況下，床頭箱體的主要加工精度對機床的幾何精度（床頭主軸）和工作精度（工件的加工精度）產(chǎn)生很大的影響。因此，如何提高數(shù)控機床精度，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，滿足用戶和市場的需要，采用科學、合理的工藝手段，是當代科技工作者永遠探討的課題。

參考文獻：

[1] GB/T16462-1996，數(shù)控臥式機床精度檢驗[S].