車床主軸裝配探索

高劍　鄭克康

1.主軸組件的支承配置結(jié)構(gòu)

圖1是50車床主軸結(jié)構(gòu)圖。主軸箱的主軸精度主要取決于軸承和主軸本身精度以及鉗工裝配技術(shù)。通常采用“定向裝配”裝配法，使精度盡可能的提高。50車床主軸為三點(diǎn)支承，即前、中、后軸承，前、中軸承是主要支承，后軸承是輔助支承。前軸承是NN3030K雙列圓柱滾子軸承及2268930雙向推力角接觸球軸承，中間軸承為NN3026K雙列圓柱滾子軸承。這種前軸承配列具有很高的綜合剛性，軸向力及徑向力分別由不同的軸承承擔(dān)，軸向熱膨脹可由雙列短圓柱滾子軸承吸收。前、中軸承之間，前軸承對(duì)主軸組件的精度比中軸承的影響大。后軸承是向心球軸承GB/276/16024起到輔助支撐作用。這種軸承配置為超高剛度配置，主要通過(guò)軸承的精度來(lái)保證主軸運(yùn)轉(zhuǎn)精度，還有其它的一些組件都配合軸承制成適當(dāng)?shù)木取?/p>

2.軸承在主軸上的安裝

在裝配前應(yīng)檢查NN3030K軸承和NN3026K軸承與主軸軸頸錐度（1：12）配合接觸印痕應(yīng)在80%以上，并且大端略硬（實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明因主軸加工、材質(zhì)等原因，不能很好的控制，印痕略硬的位置和程度。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)接觸印痕超出55%-65%這個(gè)范圍，對(duì)主軸精度保持一致性差。低于55%時(shí)軸承無(wú)法可靠定位連接，使得軸承變形，軸承剛度差；高于65%時(shí)，因錐孔小端組配，調(diào)整螺母后使小端收緊變形，改變了接觸狀態(tài)，使得軸承小端接觸硬。使工作狀態(tài)下，軸承剛性下降、易震動(dòng)，影響加工精度）。在檢查時(shí)著色劑要調(diào)的干一些，涂抹均勻，以小角度約15度正反轉(zhuǎn)動(dòng)軸承內(nèi)圈，以使顯示印痕準(zhǔn)確.真實(shí)。錐度配合不好，軸承裝配后，滾子兩端的徑向間隙不同。從而引起軸承內(nèi)部受力不均勻、剛性降低、軸承工作狀態(tài)不穩(wěn)定，直接影響到軸承的使用性能和工作壽命。同時(shí)應(yīng)檢查軸承定位隔套兩端的平行度以及端面對(duì)軸心線的垂直度，一般要控制在0.007MM以下。由于殼體三個(gè)軸承孔的同軸度很難保證，所以后軸承與箱體孔的配合較松。若前中軸承孔圓度、同軸度、軸承外圈定位面略有超差。可用經(jīng)過(guò)硫化處理過(guò)的橡膠研磨棒，表面涂氧化鉻研磨膏，整周沿主軸旋轉(zhuǎn)同方向旋轉(zhuǎn)，并作微量軸向移動(dòng)進(jìn)行研磨。研磨棒在研磨前進(jìn)行冷卻，研磨時(shí)利用熱脹冷縮的原理研磨軸承孔。故研磨量極小，只有0.01-0.015MM，用這種方法改善軸承孔的圓度.同軸度和垂直度。裝配前要認(rèn)真對(duì)主軸進(jìn)行檢查，對(duì)表面的細(xì)微缺陷用油石、金相砂紙修復(fù)，最后用麂皮拋光。軸承出廠時(shí)表面涂有一層防銹油，為防止因潤(rùn)滑油與防銹油之間不相容，導(dǎo)致試車時(shí)軸承潤(rùn)滑不良現(xiàn)象。裝配前應(yīng)選用配比為3%合成清洗劑邊旋轉(zhuǎn)邊清洗，待軸承殘余清洗劑完全自然風(fēng)干后，帶一次性手套安裝，不能用手直接接觸軸承。由于軸承內(nèi)圈與軸頸過(guò)盈配合，外圈與軸承座孔間隙配合。所以應(yīng)先在軸承座孔上涂一層薄薄的潤(rùn)滑油，把前軸承NN3030K及2268930，中間軸承NN3026K裝入箱體。這樣安裝可以使軸承在裝配中滾動(dòng)體不受力。裝配后轉(zhuǎn)動(dòng)軸承外圈，由于潤(rùn)滑油作用應(yīng)有適當(dāng)阻尼，否則應(yīng)檢查軸承座孔尺寸是否超差?？仔≥S承工作發(fā)熱膨脹，使預(yù)緊力加大出現(xiàn)過(guò)早磨損、卡死等惡劣現(xiàn)象；孔大使主軸回轉(zhuǎn)精度下降，整機(jī)重切橢圓度超差、加工面光潔度差，無(wú)法達(dá)到工藝要求。法蘭盤和螺母3套在主軸上，對(duì)φ150、φ130軸頸液氮局部冷卻，溫差法裝配主軸。

因?yàn)橛绊懼鬏S組件的徑向跳動(dòng)無(wú)論是主軸近端還是遠(yuǎn)端主要因素有五方面：一是前軸承內(nèi)圈跳動(dòng)或外圈的徑向跳動(dòng)；二是中軸承的內(nèi)圈跳動(dòng)或外圈跳動(dòng)；三是主軸錐孔或主軸端部錐面對(duì)前中支承軸頸的徑向跳動(dòng)；四是前中軸承殼體孔的徑向跳動(dòng)；五是殼體孔的同軸度和主軸軸頸同軸度的偏差。裝配時(shí)對(duì)零件進(jìn)行分組，根據(jù)零件實(shí)際偏差值進(jìn)行抵消。利用殼體孔、前中軸承內(nèi)外圈徑向跳動(dòng)來(lái)校正殼體孔（主軸）前中同軸度誤差，使得裝配后主軸回轉(zhuǎn)軸線的偏移量最小。由于軸承外圈與殼體孔的周向裝配位置和軸承內(nèi)圈與主軸的周向裝配位置的布置。通過(guò)合理的定向裝配使得誤差值最大一個(gè)布置在一個(gè)方向，其余誤差布置在其相反方向，來(lái)校正殼體、軸承、主軸軸頸跳動(dòng)和同軸度誤差。這樣的定向裝配可使主軸組件的徑向跳動(dòng)量大大變小。所以裝配時(shí)注意以誤差相消法來(lái)減少或抵消零件徑向跳動(dòng)對(duì)主軸回轉(zhuǎn)的影響，即軸承內(nèi)圈徑向跳動(dòng)最高點(diǎn)（軸承外圈徑向跳動(dòng)最高點(diǎn)）與主軸軸頸徑向跳動(dòng)最高點(diǎn)（軸承座徑向跳動(dòng)最高點(diǎn)）在徑向處于對(duì)稱狀態(tài)以及校正殼體前中軸承孔和主軸前中軸頸的同軸度誤差。軸承、主軸在出廠時(shí)已在徑向跳動(dòng)最高點(diǎn)已做出標(biāo)記，但殼體孔要在三座標(biāo)測(cè)量機(jī)上測(cè)量，殼體孔測(cè)量成本較大。由于車床為固定敏感方向主軸，對(duì)主軸旋轉(zhuǎn)精度影響最大的是內(nèi)圈。所以批量裝配時(shí)，可以將前中軸承外圈的最大徑向跳動(dòng)點(diǎn)在殼體孔內(nèi)裝成一條直線即可。

因?yàn)檩S承的精度不僅在于它的內(nèi)外圈和滾動(dòng)體的配合精度，更重要的是，必須保證軸承裝配時(shí)有合適的預(yù)緊力。其主要目的是提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度、減小高速下滾動(dòng)體的滑動(dòng)，提高軸承剛性，減小軸承的軸向和徑向的竄動(dòng)量，提高軸承阻尼、降低噪聲以及提高軸承使用壽命，所以主軸安裝完成后應(yīng)對(duì)軸承進(jìn)行預(yù)緊。應(yīng)先調(diào)整前軸承，這樣即減少了徑向間隙，同時(shí)也控制了主軸的軸向竄動(dòng)，之后調(diào)整中軸承。由于NN3030K軸承內(nèi)圈與軸頸錐度（1：12）配合，用螺母1來(lái)對(duì)主軸前端兩個(gè)軸承做軸向移動(dòng)，通過(guò)改變內(nèi)圈在軸錐面上的位置，使軸承內(nèi)圈得到徑向擴(kuò)張，進(jìn)而改變軸承的徑向游隙，實(shí)現(xiàn)軸承的預(yù)緊。其控制方法主要有經(jīng)驗(yàn)法、計(jì)算法、測(cè)量?jī)x器直接控制法等。使用計(jì)算法，軸承游隙減小量不僅與軸向移動(dòng)量有關(guān)，而且還與軸頸的表面粗糙度、內(nèi)圈的壁厚和軸的孔徑有關(guān)，實(shí)際生產(chǎn)中不便于操作控制，生產(chǎn)效率過(guò)低不適合批量生產(chǎn)；儀器直接控制法，需要利用圓柱滾子軸承間隙測(cè)量?jī)x器進(jìn)行，設(shè)備投入大，不適合實(shí)際裝配生產(chǎn)。根據(jù)總結(jié)采用經(jīng)驗(yàn)法，經(jīng)驗(yàn)法的關(guān)鍵是掌握好轉(zhuǎn)動(dòng)主軸時(shí)的手感及必要的檢測(cè)手段進(jìn)行軸承的裝配控制?？垦b配人員的經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)動(dòng)主軸時(shí)的手感來(lái)判斷，如果過(guò)盈量大轉(zhuǎn)動(dòng)主軸就會(huì)感到吃力，如果轉(zhuǎn)動(dòng)主軸時(shí)太輕快，說(shuō)明軸承間隙大。2268930雙向推力角接觸軸承間隙和預(yù)緊量在出廠前已經(jīng)調(diào)整好，不得已可通過(guò)修磨中間隔套厚度來(lái)調(diào)整。使調(diào)整好后NN3030K軸承預(yù)緊量0～5μM、軸向剛度3.3KN/μM，2268930軸承預(yù)載荷1.4KN、軸向剛度1.1KN/μM，中軸承NN3026K軸承預(yù)緊量0-5μM、軸向剛度2.9 KN/μM。預(yù)緊力調(diào)整過(guò)大摩擦發(fā)熱加劇，發(fā)熱以后預(yù)緊力會(huì)更大，增大主軸的負(fù)荷，并且加快軸承的磨損，最終造成主軸抱死；過(guò)小回轉(zhuǎn)精度差，主軸在加工過(guò)程中，軸線容易偏移影響加工精度。軸承的預(yù)緊分定壓和定位兩種，這里采用的是定位預(yù)緊，主要有利于提高軸承的剛性。定位預(yù)緊的軸承在使用過(guò)程中支承零部件的相對(duì)位置固定不變。角接觸球軸承高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用，滾動(dòng)體有外拋的趨勢(shì)，從而使得軸承內(nèi)外套圈有軸向相對(duì)移動(dòng)的傾向，但由于其位置已相對(duì)固定，因此，其結(jié)果必然使預(yù)緊力加大，摩擦發(fā)熱加劇。工作溫度的變化，會(huì)影響到軸承的預(yù)緊狀態(tài)，過(guò)高溫度會(huì)導(dǎo)致軸承實(shí)際預(yù)緊力比裝配預(yù)緊力大，軸承有可能出現(xiàn)過(guò)早磨損.卡死等惡劣情況。跑合試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)隨時(shí)監(jiān)測(cè)軸承溫度變化及主軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的工作性能，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)軸承預(yù)緊力進(jìn)行修正以獲得最佳預(yù)緊量。

為了消除裝配過(guò)程中定位阻力的影響，鎖緊螺母時(shí)應(yīng)先以2至3倍正常鎖緊力（1040KN）鎖緊螺母，然后松開螺母，最后再以正常鎖緊力鎖緊螺母并鎖固。螺母1調(diào)整好后，螺母3向雙列圓柱滾子軸承擰緊，可以使由螺母1調(diào)整好的精度予以保持下去，若因擰緊螺母3而使精度改變了，則應(yīng)重新調(diào)整螺母1，直至兩個(gè)螺母均擰緊后，主軸精度合格為止。螺母3還起到承擔(dān)軸向負(fù)荷的傳遞作用，以及卸下或松動(dòng)軸承的功能。主軸上使用的螺母是專為主軸設(shè)計(jì)適配的。調(diào)整螺母1、螺母2為KMA型鎖緊螺母。緊固鎖緊裝置的方法對(duì)提高主軸的旋轉(zhuǎn)精度也扮演一個(gè)重要的角色。螺母的螺紋軸心線和端面的垂直度以及螺紋的配合精度不高，則鎖緊后螺母發(fā)生傾斜，易造成主軸彎曲、軸承預(yù)載不均，直接影響到軸承的旋轉(zhuǎn)精度、剛性和承載能力。

3.齒輪件的安裝

主軸上的齒輪件全都經(jīng)過(guò)磨齒加工，用以控制齒形、齒向、周累等誤差和嚙合印痕，用以提高嚙合傳動(dòng)精度，從而降低振動(dòng)、噪聲。齒輪件在安裝前應(yīng)在主軸上試裝，以檢查配合精度，否則會(huì)產(chǎn)生傾斜降低嚙合精度。特別是大齒輪與主軸軸頸為錐度（1：12）配合，其接觸面積要達(dá)到80%以上，否則會(huì)產(chǎn)生定位不可靠。頂絲用來(lái)固定齒輪上回轉(zhuǎn)槽內(nèi)的平衡塊，平衡塊用來(lái)整機(jī)動(dòng)平衡，以消除整機(jī)自激振動(dòng)。主軸部件在動(dòng)平衡儀上動(dòng)平衡后，不平衡重量不能超過(guò)5g，平衡圓錐塊數(shù)量最多不得超過(guò)8塊。頂絲應(yīng)選用內(nèi)六角圓柱端緊定螺釘（GB79-85）涂螺紋緊固膠，以提高摩擦力，確保緊固可靠性。在精度、動(dòng)平衡調(diào)整完畢后，不要隨意拆動(dòng)平衡塊，否則將引起主軸振動(dòng)和機(jī)床精度下降。

4.法蘭的安裝

法蘭用螺栓緊固在箱體上，用以定位軸承外圈。如果螺栓緊固力過(guò)大或者端蓋受力不均，易產(chǎn)生外圈變形，端面精度游動(dòng)，所以螺栓要對(duì)稱均勻按工藝擰緊。為保證軸承外圈的正確定位，端蓋與軸承端面的軸向過(guò)盈量應(yīng)控制在0.01-0.04mm。

在整個(gè)主軸裝配過(guò)程中，要心細(xì)入微，以此來(lái)保證主軸一次性裝成，不可返工，否則裝配精度就會(huì)下降，甚至喪失。