車床主軸箱軸承孔變形問題分析及維修

陳殿興

摘 要：車床實際加工中，車床的各項精度影響零件加工精度。文章用學(xué)生實習(xí)設(shè)備C6132A車床未工作情況下測試車床導(dǎo)軌精度、主軸線對導(dǎo)軌平行度，并對其原因進(jìn)行分析。通過分析引起車床主軸箱軸承孔變形的各種因素，提出相關(guān)問題及解決對策，對車床的故障診斷及軸類零件生產(chǎn)加工精度有顯著的提高和對車床的維護(hù)具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：車床主軸箱；軸承孔；變形；維修

中圖分類號：TG51 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）29-0069-02

1 問題的提出

“中國制造2025”已成為我國機械制造行業(yè)一個新的臺階，目前制造業(yè)朝著“高、精、尖”三個方向發(fā)展。傳統(tǒng)的一批車床C6132A已經(jīng)被C6140取代，但是由于成本問題導(dǎo)致車床更新?lián)Q代速度較慢，傳統(tǒng)車床C6132A具有一定缺陷，例如，其各種精度、剛度較C6140差。

2 主軸承孔變形的基本原因

車刀切削時切削力FC，背向力FP、和進(jìn)給抗力FX合成車削時的切削力，車刀切削時受力情況如圖1所示。

加工零件時，切削力會使切削熱變大，從而影響加工零件的精度。主切削力直接導(dǎo)致各部件產(chǎn)生變形。主切削力直接受切削速度Vc，背吃刀量a和進(jìn)給量f的影響，與切削速度Vc，背吃刀量a和進(jìn)給量f成正比，被加工零件強度、硬度越大，主切削力也越大。由于車床設(shè)計時，考慮到其較大的剛度。因此，在主切削力作用下，車床床身導(dǎo)軌，床鞍并沒有明顯變化。車床主軸箱軸承孔受主切削力的影響。主切削力傳遞步驟如下：主切削力FZ到主軸，軸承到主軸箱。在切向力的作用下，前后軸承孔較容易發(fā)生彈性和塑性變形。此時，主軸前端軸承孔受力非常大，其受力值大于主切削力，導(dǎo)致主軸孔較易產(chǎn)生塑性變形。切削力通過主軸傳遞至軸承，軸承外圈在外力作用下極易發(fā)生變形，產(chǎn)生變形方向與受力方向相同。

主軸箱由灰鑄鐵制造，灰鑄鐵的晶粒直徑大于普通鋼鐵晶粒直徑，當(dāng)有外力施加時且力的大小超過晶粒受力極限，則灰鑄鐵產(chǎn)生的變形不能恢復(fù)至原來狀態(tài)。軸承是采用軸承鋼制成，當(dāng)外部切削力消失后，軸承圈將恢復(fù)到原來狀態(tài)。在車床無工作狀態(tài)下，變形后軸承孔與軸承外圈容易形成較大的空隙。主切削力越大，增大，軸承外圈、主軸承及軸心線向間隙方向變形或位移變化越大，此時車床主軸線對導(dǎo)軌的平行度超出正常范圍，車床主軸線對導(dǎo)軌的平行度如圖2所示。

此外，加工主軸箱時，若主軸孔紗芯棒發(fā)生位移現(xiàn)象，在確定主軸位置時應(yīng)該采用借料方法。特殊情況下，應(yīng)注意主軸孔的位移與切削力相反的情況。此時，加工余量在切削力的作用下變大，但不滿足余量均勻條件。因此，余量大但不滿足強度要求。

3 主軸承孔的維修

在長時間使用車床后，箱體孔材料容易超過疲勞限度從而產(chǎn)生變形。因此，修理車床時要注意滿足軸承孔精度。若主軸箱軸承孔的精度誤差變化較小，可在軸承孔表面涂鍍一層金屬，若軸承孔的橢圓度變化較大，可在軸承孔內(nèi)鑲套然后進(jìn)行加工。

3.1 進(jìn)行預(yù)檢

一般采用檢驗芯棒或百分表進(jìn)行主軸精度的預(yù)檢測，主要進(jìn)行檢驗主軸軸肩、主軸軸頸、主軸錐孔的徑向跳動。對主軸軸肩、主軸軸頸、主軸錐孔徑向跳動檢驗的目的是檢查外圓磨損及跳動是否變大，正常情況下誤差保證在0.01%范圍內(nèi)。

3.2 拆卸主軸前進(jìn)行幾何精度檢查

支撐車床主軸的支撐架制造比較特殊，短圓柱滾子安裝在軸承主軸兩側(cè)，該位置軸承具有承受徑向力的作用。因為短圓柱滾子軸承具有很大的承載能力，剛度較大。所以說，可以通過軸向移動主軸來適當(dāng)調(diào)節(jié)軸承間隙來增加主軸的回轉(zhuǎn)精度及增大其剛度。通俗來講，就是適當(dāng)調(diào)節(jié)前軸承，當(dāng)調(diào)節(jié)前軸承不起任何作用時也可調(diào)節(jié)后軸承，對車床主軸部件的精度檢查。

3.3 主軸維修環(huán)節(jié)

3.3.1 主軸精度的檢查和修理

通常使用兩種方法進(jìn)行檢驗主軸的精度：（1）在車床上測量；（2）使用V行架進(jìn)行測量。這兩種方式的使用方法相同，兩者都是將一個堵頭放置在主軸后端的中心孔位置，并且將鋼珠放在中心孔內(nèi)，確保該鋼珠可擋住擋鐵進(jìn)行控制主軸的軸向移動。進(jìn)行檢查軸肩、軸徑及軸錐孔的跳動時采用千分表，使用電鍍以及刷鍍的方式進(jìn)行軸肩、軸徑及軸錐孔的修復(fù)。

3.3.2 主軸錐孔的檢驗和修復(fù)

使用千分表進(jìn)行檢驗主軸孔時，首先將檢驗棒放進(jìn)主軸錐孔內(nèi)，然后將千分表的接觸頭觸碰到芯柱兩側(cè)，最后使主軸回轉(zhuǎn)一周即可測到其跳動誤差。在修復(fù)主軸錐孔時，可視錐孔磨損程度分為：（1）輕微磨損修復(fù)；（2）嚴(yán)重磨損修復(fù)。如果主軸錐孔磨損度較輕則可使用研磨棒進(jìn)行修復(fù)或者使用絞銷，如果主軸錐孔磨損度較大則必須使用精磨。對主軸軸肩支撐面進(jìn)行修復(fù)時可以選擇精磨或精車，精磨或者精車可以選擇在總裝配之后進(jìn)行。如果安裝主軸，應(yīng)采用定向裝配法，首先將要安裝的主軸進(jìn)行調(diào)整；然后將松開固定在螺母上的螺釘；最后順時針調(diào)整螺母，使螺母內(nèi)圈朝著軸向轉(zhuǎn)動。在調(diào)整過程中，確保無論轉(zhuǎn)速多高都不會出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。

3.4 車床主軸箱軸的修復(fù)方法

3.4.1 熱噴涂修復(fù)

熱噴涂修復(fù)法適用于合金、金屬等多種材料，并且熱噴涂修復(fù)法的涂層厚度也大小不一，一般涂層厚度在0.05-2mm之間浮動。在噴涂過程中，采用的工件一般都具有很低的溫度，低溫能夠使工件保持原有的組織，不會因為溫度而產(chǎn)生變形，操過過程極其簡單。這種方法的缺點就是工件表面和噴涂層之間的結(jié)合程度比較低，所以在進(jìn)行噴涂前一定要先打磨好設(shè)備零件，但是打磨零件會損傷到零件的強度，并且容易導(dǎo)致零件產(chǎn)生腐蝕。所以，采用熱噴涂法對車床主軸進(jìn)行修復(fù)時，需要注意避免修復(fù)低沖擊荷載或者小零件的表面，盡量避免因為零件產(chǎn)生腐蝕而降低車床主軸的剛度。

3.4.2 刮研修復(fù)

刮研修復(fù)發(fā)能夠根據(jù)實際情況將工件變成特殊的形狀，從而消除加工過程中產(chǎn)生的誤差，這種方法能夠解決機械加工過程中解決不掉的一些問題。刮研修復(fù)法在工作過程中可以充分接觸到工件的表面，研磨的精度非常高。這種方法的缺點是需要消耗大量的人力，整個修復(fù)過程都需要人工，相對于機械加工來說，工作效率比較低，人工成本較高。車床主軸的部件與部件之間產(chǎn)生摩擦或者導(dǎo)軌和相對滑面之間產(chǎn)生摩擦的情況下，采用刮研修復(fù)法能夠提高密封性。

3.5 修理后對部件的精度檢查記錄

對車床主軸維修完成后，為了確保車床維修成功，首先做好相應(yīng)的精度檢查，做好記錄跟蹤。然后開車驗收，對車床的運動過程做好檢查記錄。車床主軸維修完成后的主軸部件精度檢查。

4 結(jié)束語

隨著國家“中國制造2025”的提出，我國機械制造業(yè)將朝著更高、更快、更好即“高、精、尖”的方向發(fā)展。要求零件的制造精度也越來越高，車床主軸作為車床不可或缺的一部分，作為動力傳輸?shù)暮诵模瑢ζ渚S修也有著更高的要求，通過各種途徑來修復(fù)車床的磨損，進(jìn)一步提高車床自身精度，使零件的加工精度得到進(jìn)一步提高。

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