主軸箱部件分析計(jì)算及工藝保障措施

張大鵬

（齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司 黑龍江齊齊哈爾 161000）

主軸箱部件分析計(jì)算及工藝保障措施

張大鵬

（齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司 黑龍江齊齊哈爾 161000）

對于重型數(shù)控車床而言，主軸箱無疑是其最為關(guān)鍵的傳動裝置，其質(zhì)量將直接關(guān)系到精度、抗震性及使用壽命都有很大的影響。主軸箱的靜態(tài)和動態(tài)性能是決定整機(jī)性能的重要因素。了解主軸箱結(jié)構(gòu)的振動特性，如固有頻率和振型等，能避免在使用中因振動造成的危害，為主軸箱結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、優(yōu)化打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。

重型數(shù)控車床；主軸箱；靜力分析；模態(tài)分析

前言

伴隨科技的持續(xù)進(jìn)步，生產(chǎn)力水平不斷提高，當(dāng)前社會對于機(jī)械產(chǎn)品不論是在質(zhì)量、性能還是效率等一系列角度的要求也在不斷提升。主軸箱身為封閉箱體，其內(nèi)部通過筋板串聯(lián)在一起。主軸箱對于整個(gè)車床而言非常重要，其主要作用是用來布置車床的主軸和一系列的傳動零件等，其內(nèi)部包括了主軸、軸承以及置于主軸上的一系列傳動和密封件。其質(zhì)量的優(yōu)劣將會對整個(gè)數(shù)控車床作業(yè)的精密度產(chǎn)生相當(dāng)顯著的影響。本文主要針對重型數(shù)控車床主軸箱進(jìn)行研究。

1 主軸箱受力分析及校核計(jì)算

1.1 受力分析

已知電機(jī)功率P=200kW，轉(zhuǎn)速400～1600r/min，取系統(tǒng)傳動效率0.8，則：主軸最大轉(zhuǎn)矩T=308437.6Nm。

1.2 校核計(jì)算

1.2.1 齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核

試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限應(yīng)力σHlim=1160MPa，接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)ZN=1.3，潤滑油膜影響系數(shù)ZLVR=0.9，工作硬化系數(shù)ZW=1.1，尺寸計(jì)算系數(shù)ZX=1，最小安全因數(shù)SHlim=1.3。使用系數(shù)KA=1.1，動載系數(shù)KV=1.01，齒向載荷分配系數(shù)KHβ=1，齒間載荷分配系數(shù)KHα=1，節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH=2.35，彈性系數(shù) ZE=189.8，重合度及螺旋角系數(shù) Zαβ=0.75。因?yàn)?σH＜σHP，滿足。

1.2.2 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核

齒輪材料抗彎疲勞強(qiáng)度基本值σFE=720MPa，壽命系數(shù)YN=1，相對齒根圓角敏感系數(shù)YSrelT=1，相對齒根表面狀況系數(shù)YRrelT=1，抗彎強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)Yx=1，抗彎強(qiáng)度最小安全系數(shù)SFmin=1.4。使用系數(shù)KA=1.1，動載系數(shù) KV=1.01，齒向載荷分配系數(shù) KFβ=1，齒間載荷分配系數(shù) KFα=1，負(fù)荷齒型系數(shù) YFs=4，重合度及螺旋角系數(shù) Yεβ=0.44。因?yàn)?σF＜σFP，所以安全。

2 主軸箱單元工藝保障措施

主軸箱體、主軸均為機(jī)床的超大、精密零件，其精度與穩(wěn)定性，均直接影響機(jī)床的整體精度。為保證其精度與穩(wěn)定性，工藝提出具體控制方法如下：

2.1 機(jī)加過程控制

2.1.1 精度穩(wěn)定處理

為保證主軸箱精度在使用過程中，能持續(xù)穩(wěn)定，在加工該主軸箱過程中，嚴(yán)格采用粗、半精、精加工分開的工藝原則，在毛坯、粗加工、半精加工、精加工中的間過程，合理安排時(shí)效處理的工藝手段，消除零件內(nèi)部的殘余應(yīng)力，以達(dá)到床身精度指標(biāo)穩(wěn)定的目的。即在毛坯階段進(jìn)行一次熱時(shí)效，消除鑄造的應(yīng)力，在粗加工后進(jìn)行一次熱時(shí)效，消除粗加工帶來的應(yīng)力變形，在半精加工后，進(jìn)行一次振動時(shí)效，并在以上時(shí)效后，再增加三個(gè)月的自然時(shí)效工序，然后再進(jìn)行精加工，確保零件的使用精度可以持續(xù)穩(wěn)定。

2.1.2 精度保證工藝措施

主軸箱的主軸孔是本機(jī)床回轉(zhuǎn)精度的基礎(chǔ)，為控制此關(guān)鍵精度，采用精密落地銑鏜床，配置精密平旋盤，對其進(jìn)行精加工的工藝方法，嚴(yán)格保證這個(gè)重要孔的圓柱度和粗糙度。

2.1.3 主軸

該零件是控制零件回轉(zhuǎn)精度的關(guān)鍵所在。其中，前后軸徑1：12錐面及端臺為精密軸承安裝面，其錐度和粗糙度以及兩個(gè)錐面的同軸度、端面的平面度與垂直度將直接影響軸承的安裝精度。工藝上采用精密外圓磨床，對這些重要表面進(jìn)行加工，并以軸承套圈為基準(zhǔn)進(jìn)行配磨的方法，嚴(yán)格控制了以上各項(xiàng)精度。

2.2 裝配和調(diào)整

2.2.1 主軸箱、尾座的裝配調(diào)整

主軸軸承的預(yù)緊調(diào)整，采用直立懸垂脫落法，調(diào)整主軸前后軸承的游隙處于最佳值。

2.2.2 采用自身加工修配法，完成主軸頂尖錐孔的加工

設(shè)計(jì)專用自磨機(jī)，由主軸自驅(qū)動，完成主軸錐孔的精密加工，抵消了零件加工、裝配給主軸錐孔帶來的誤差。保證了主軸錐孔軸線端徑跳的高精度。

3 結(jié)束語

本文主要對主軸箱的主軸進(jìn)行受力分析計(jì)算，通過計(jì)算可知主軸最大轉(zhuǎn)矩，并對相應(yīng)主軸上的齒輪實(shí)施一系列的校核，通過計(jì)算結(jié)果保證其強(qiáng)度能夠達(dá)到對應(yīng)的強(qiáng)度需求。同時(shí)提出對主軸箱單元的工藝保障措施，保證精度。

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