淺談數(shù)控機(jī)床主軸軸承預(yù)緊力的應(yīng)用

謝堯

摘要：隨著加工和裝備制造業(yè)的大發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在性能方面也有利顯著提高。在這其中，數(shù)控機(jī)床的主軸的穩(wěn)定性對加工質(zhì)量有著重要作用。因此為提高主軸的剛度和頻率，在運(yùn)行前對數(shù)控機(jī)床主軸軸承預(yù)緊就顯得尤為必要了。本文就是在這一理論背景下，探討數(shù)控機(jī)床軸承預(yù)緊力對主軸剛度和固有頻率的影響，以及其在實(shí)際應(yīng)用中的常見調(diào)試方法，為今后主軸系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化提高參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；主軸軸承；預(yù)緊力

1. 數(shù)控機(jī)床主軸軸承預(yù)緊力工作原理

由于目前市場對加工件的精度要求和加工效率的要求越來越高，相應(yīng)的，對數(shù)控機(jī)床的機(jī)械設(shè)計(jì)要求也越來越高。主軸系統(tǒng)作為數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部分，其性能和運(yùn)行效率對工件加工的質(zhì)量有直接的影響。保證主軸為承的穩(wěn)定性，通暢我們會對軸承實(shí)施預(yù)緊。軸承預(yù)緊是為了提高運(yùn)轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)動精度和支承剛度，減小振動和噪聲，并且減輕由于慣性和轉(zhuǎn)矩等因素引起的軸承相對于內(nèi)外滾道的相對滑動。那么到底什么是預(yù)緊力呢？簡單講，預(yù)緊力是利用數(shù)控機(jī)床裝配過程中施加的外力給予軸承適當(dāng)?shù)念A(yù)緊負(fù)荷。預(yù)緊力太小會使軸承間隙過大，進(jìn)而導(dǎo)致支承剛度和旋轉(zhuǎn)精度降低，引起振動和噪聲。相反，如果預(yù)緊力太大會增加滾動體與內(nèi)外套圈滾道的摩擦，是的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)溫度升高過快，這樣不僅會傳動效率下降，還會進(jìn)一步損害軸承壽命。所以，只有施加適度的預(yù)緊力才可以達(dá)到消除軸間隙，提高軸系回轉(zhuǎn)精度，且不會引起摩擦過熱情況。在具體應(yīng)用過程中，如果預(yù)緊后沒有達(dá)到理想的剛度要求，采用逐步增加預(yù)緊量的方法對主軸剛度進(jìn)行提高調(diào)試是常用維護(hù)方法。

2. 數(shù)控機(jī)床主軸軸承預(yù)緊力的應(yīng)用

首先我們需要明確，主軸前端球軸承對彎曲剛度影響較大，后端滾子軸承對其影響較小。多樣，對前端軸承進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)緊是數(shù)控機(jī)床主軸承調(diào)試工作的重中之重。另外，前端軸承支撐剛度對固有頻率也會施加一定影響，同樣后端軸承剛度對主軸影響不大。最后再次提醒注意的是，預(yù)緊過度不僅無法提高主軸剛度，還會對主軸系統(tǒng)會造成損害，影響其使用壽命。上文我們重點(diǎn)論述了預(yù)緊力在數(shù)控機(jī)床主軸承運(yùn)行過程中起到的重要作用，下面我們將對數(shù)控機(jī)床主軸軸承預(yù)緊力的具體應(yīng)用，即在實(shí)際操作過程中采用何種方式對預(yù)緊力進(jìn)行確認(rèn)與調(diào)整，進(jìn)行相關(guān)介紹。

2.1經(jīng)驗(yàn)檢測法

經(jīng)驗(yàn)檢測法是傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床調(diào)試方法，即憑借技工在實(shí)踐中對力矩的感覺能力來判斷軸承的預(yù)緊情況。實(shí)際操作過程中，用手動的方法旋轉(zhuǎn)主軸，或者將軸系放入低速傳動測試系統(tǒng)中邊測邊調(diào)試。技工通過所受阻力矩大小來感知主軸轉(zhuǎn)動靈活性是否合適。這種方法看似簡單粗糙，但在實(shí)際工作中被普遍采用且有一定的使用效果，筆者認(rèn)為可以作為初級檢測辦法使用。當(dāng)然需要承認(rèn)的是，經(jīng)驗(yàn)檢測法勞動強(qiáng)度比較大，且對技工的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)要求較高，不適合對精度要求很高的生產(chǎn)線。

2.2測旋轉(zhuǎn)力矩法

在實(shí)施數(shù)控機(jī)床裝配過程中，首先將軸承與旋轉(zhuǎn)軸固定，然后用彈簧秤或簡單測力儀沿軸切線方向施加拉力，使之內(nèi)圈及軸共轉(zhuǎn)，當(dāng)讀數(shù)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，即為最終測量結(jié)果。最后，將測量數(shù)值乘以切線到軸心距離值可得到主軸上軸承預(yù)緊力矩值。

由于使用的角接觸球軸承均有摩擦力矩要求，在軸承的規(guī)格和潤滑方式一定時(shí)，軸承的摩擦力矩與軸向載荷有著一定的對應(yīng)關(guān)系。所以，為提高測量精度，確定預(yù)緊力可以參考軸承的摩擦力矩。這樣一來，通過對承受預(yù)緊載荷的成對軸承的摩擦力矩進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果與實(shí)際摩擦力矩值測定值進(jìn)行對照，以判斷軸承內(nèi)部預(yù)緊力是否符合要求。

2.3預(yù)先測預(yù)緊力法

在軸承安裝之前，采用與實(shí)際安裝相似的測試系統(tǒng)，對軸承進(jìn)行預(yù)安裝，將軸承安裝在機(jī)構(gòu)中，施加經(jīng)過換算所需要的軸向預(yù)緊力F，測量軸承實(shí)際距離的d。測量數(shù)值即為軸承施加預(yù)緊力后，裝配中實(shí)際所需要的尺寸數(shù)值，這里面包含了軸承實(shí)際距離和軸承施加預(yù)緊力后的游隙調(diào)整尺寸，按照d加工隔套長度。

2.4軸承變形量的測量控制法

變形量的測量控制法是指預(yù)先測量軸承摩擦力矩和軸向載荷的對應(yīng)關(guān)系，然后將軸承放置在圓座體上，通過彈簧壓力控制在軸承內(nèi)圈上施加一個(gè)與預(yù)緊力大小相等的負(fù)荷，軸承受力后，內(nèi)外圈之間出現(xiàn)尺寸差即△K1和△K2，最后用杠桿千分表對△K1和△K2進(jìn)行測算。如果施加的預(yù)緊載荷不足，可以加墊圈進(jìn)行調(diào)整，使得軸承的游隙尺寸固定，從而保證預(yù)緊力在可控范圍內(nèi)。

2.5定力矩扳手調(diào)試法

定力矩扳手最主要特征就是：可以設(shè)定扭矩，并且扭矩可調(diào)。定力矩扳手既可初緊又可終緊，它的使用是先調(diào)節(jié)扭矩，再緊固螺栓。在軸承內(nèi)外環(huán)間隙的調(diào)試過程中，可以采用螺母扭轉(zhuǎn)軸向壓緊軸承內(nèi)環(huán)進(jìn)而到達(dá)軸承預(yù)緊的目的，這就是定力矩扳手調(diào)試法。此方法適用性較強(qiáng)，預(yù)緊力的調(diào)試易于把控，但缺點(diǎn)是無定量數(shù)據(jù)，精讀無法保證。但是經(jīng)過測量最終的裝配軸向尺寸，加入適當(dāng)?shù)膲|片，就可調(diào)整預(yù)緊力的大小。為了提高生產(chǎn)效率和裝配精度，在軸承的裝配過程中，可先預(yù)裝配，當(dāng)獲得預(yù)緊力所需擰緊力矩后再實(shí)施最終裝配。

2.6傳感器法

在要求較高的裝配過程中，我們可以借助傳感器實(shí)現(xiàn)測控。傳感器技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用已取得跨越式的發(fā)展，這使得精度較高或者手工測量較復(fù)雜的工序變得越來越簡單高效。同樣，在數(shù)控機(jī)床主軸軸承預(yù)緊力過程中，轉(zhuǎn)矩傳感器可以很好地解決測量軸承內(nèi)外環(huán)間隙問題。

3.結(jié)語

隨著裝備制造業(yè)的不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的穩(wěn)定性也在逐步提高，與之對應(yīng)的軸承系統(tǒng)在這其中關(guān)鍵作用。當(dāng)然，在對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行裝配合維護(hù)過程中，對預(yù)緊力的調(diào)試也是重中之重。軸承預(yù)緊即是為了提高運(yùn)轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)動精度和支承剛度，減小振動和噪聲，并且減輕由于慣性和轉(zhuǎn)矩等因素引起的軸承相對于內(nèi)外滾道的相對滑動。本文在這一背景下，探討數(shù)控機(jī)床軸承預(yù)緊力對主軸剛度和固有頻率的影響，以及其在實(shí)際應(yīng)用中的常見調(diào)試方法，為今后主軸系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化提高參考。

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