數(shù)控車床主軸錐孔徑向跳動(dòng)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)綜述

吳亞蘭 ，李 慶

(安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,安徽 蕪湖 241000)

1 引言

實(shí)踐教學(xué)在加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)理解的同時(shí)還能提高學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力和對(duì)理論知識(shí)的綜合、靈活應(yīng)用，是職業(yè)教育的重要組成部分?！稊?shù)控機(jī)床精度檢測(cè)》是數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護(hù)相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)實(shí)踐課程，課程主要知識(shí)教學(xué)目標(biāo)是通過(guò)實(shí)際動(dòng)手掌握常用檢具的使用方法和誤差測(cè)量方法，同時(shí)通過(guò)對(duì)超差原因的分析和調(diào)整使學(xué)生更進(jìn)一步理解數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)。

在機(jī)床加工過(guò)程中影響加工精度的原因有很多，數(shù)控車床的主軸錐孔徑向跳動(dòng)是其中一個(gè)重要因素，因此在主軸加工、機(jī)床驗(yàn)收和檢修時(shí)都會(huì)對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)。

2 實(shí)驗(yàn)實(shí)施條件

2.1 安全教育

為保證實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生的人身安全和設(shè)備安全，實(shí)驗(yàn)之前對(duì)實(shí)驗(yàn)室的規(guī)章制度、數(shù)控車床操作規(guī)程和工量具、檢具的使用注意事項(xiàng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，提高實(shí)訓(xùn)過(guò)程中的安全意識(shí)和職業(yè)素養(yǎng)、規(guī)范操作。

2.2 數(shù)控車床基本操作

由于檢測(cè)在數(shù)控車床進(jìn)行涉及到有關(guān)機(jī)床的操作，因此在檢測(cè)之前會(huì)對(duì)數(shù)控車床的基本操作進(jìn)行示范講解和練習(xí)，包括開(kāi)關(guān)機(jī)、機(jī)床回參考點(diǎn)、數(shù)控車床坐標(biāo)軸以及正負(fù)方向的判斷、手動(dòng)和手搖方式移動(dòng)機(jī)床刀架等。

2.3 常用檢具介紹

對(duì)檢具的概念，檢具的設(shè)計(jì)和加工精度要求，并對(duì)常用檢具的類型，使用方法和使用注意事項(xiàng)進(jìn)行了介紹

3 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

(1)認(rèn)識(shí)車床檢測(cè)常用的檢具及其安裝和使用方法。

(2)通過(guò)分析項(xiàng)目超差和調(diào)整方法，掌握數(shù)控車床的基本結(jié)構(gòu)。

(3)掌握數(shù)控車床的基本操作。

4 實(shí)驗(yàn)方法與步驟

4.1 方法

實(shí)驗(yàn)實(shí)施過(guò)程采用“任務(wù)引領(lǐng)、學(xué)生主體、能力本位”的教學(xué)課程體系。教師發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)即檢測(cè)項(xiàng)目，根據(jù)項(xiàng)目名稱引導(dǎo)學(xué)生分析，找到被測(cè)對(duì)象，確定被測(cè)特征、分析其檢測(cè)方法，需要的檢具和檢測(cè)方法，教師總結(jié)提出注意事項(xiàng)，學(xué)生動(dòng)手檢測(cè)并記錄。

項(xiàng)目名稱:主軸錐孔的徑向跳動(dòng)。允許誤差：靠近主軸端：0.01。距離主軸端300 mm處： 0.02。

4．2 實(shí)驗(yàn)具體步驟

4.2.1 確定主軸錐孔軸線的徑向跳動(dòng)對(duì)加工質(zhì)量的影響

利用學(xué)?，F(xiàn)有圖書、機(jī)床使用說(shuō)明書、網(wǎng)絡(luò)等資源查找相關(guān)資料，確定項(xiàng)目的檢測(cè)意義。主軸錐孔主要使用在兩頂尖裝夾時(shí)，其內(nèi)部裝入頂尖，配合雞心夾頭帶動(dòng)零件旋轉(zhuǎn)，此時(shí)若主軸錐孔存在徑向跳動(dòng)將影響被加工零件的：圓度、加工表面與中心孔的同軸度、多次裝夾時(shí)對(duì)加工出的各表面的同軸度，工件表面粗糙度等。

4.2.2 分析數(shù)控車床主軸部分的組成，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察確定被測(cè)要素的位置

通過(guò)項(xiàng)目名稱確定其被測(cè)對(duì)象為主軸錐孔，是主軸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為明確被測(cè)對(duì)象的周邊相關(guān)零件對(duì)其影響，需分析主軸部件結(jié)構(gòu)。數(shù)控車床主軸部件結(jié)構(gòu)如圖1所示，分析圖紙確定主軸主要通過(guò)兩端的軸承固定安裝在機(jī)床本體上，被測(cè)表面主軸錐孔位于主軸9的最右端內(nèi)表面。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察機(jī)床找到主軸錐孔位置，分析討論其檢測(cè)方法，提出孔為內(nèi)表面不方便檢測(cè)和讀數(shù)，討論解決方法——將內(nèi)表面轉(zhuǎn)化為外表面。

轉(zhuǎn)化原理：用莫氏錐柄檢棒，錐端與主軸錐孔配合，圓柱端作為被測(cè)表面。由于檢棒其本身制造精度較高，誤差很小，因此將其誤差忽略不計(jì)，假定其是理想狀態(tài)，即檢棒圓錐端和圓柱端同軸度沒(méi)有誤差，同時(shí)其被測(cè)端的圓柱度也沒(méi)有誤差。在此情況檢棒被測(cè)圓柱面的徑向跳動(dòng)即可反映錐孔的徑向跳動(dòng)。

1—同步帶輪，2—帶輪，3、7、8、10、11—螺母，4—主軸脈沖發(fā)生器，5—螺釘；

6—支架，9—主軸，12—角接觸球軸承，13—前端蓋，14—前支承套，15—圓柱滾子軸承。

圖1數(shù)控車床主軸部件結(jié)構(gòu)

4.2.3 理解被測(cè)特征的概念

確定其公差帶的形狀、大小，結(jié)合實(shí)際檢測(cè)項(xiàng)目確定公差帶的方向和位置。 通過(guò)對(duì)項(xiàng)目名稱的分析，確定其被測(cè)特征為跳動(dòng)，通過(guò)查找相關(guān)資料確定跳動(dòng)公差的定義、分類、公差帶的有關(guān)知識(shí)。

跳動(dòng)是通過(guò)其測(cè)量方法定義的公差特征項(xiàng)目，對(duì)于回轉(zhuǎn)體的徑向圓跳動(dòng)公差是指其某一圓截面相對(duì)與其軸線回轉(zhuǎn)時(shí)的最大跳動(dòng)量，即測(cè)得的最大值與最小值之間的差值。其公差帶位于垂直于回轉(zhuǎn)體軸線的平面內(nèi)，且圓心在基準(zhǔn)軸線上的兩個(gè)同心圓之間的區(qū)域，同心圓的半徑差為公差值t， 公差帶圖如圖2所示。

圖2 徑向圓跳動(dòng)公差帶

4.2.4 根據(jù)前兩步的分析內(nèi)容初步提出其檢測(cè)方法和所用檢具并畫出檢測(cè)示意簡(jiǎn)圖

4.2.4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和工具

數(shù)控車床、莫氏錐柄檢棒、磁力表座、千分表、無(wú)塵布。

4.2.4.2 檢測(cè)示意簡(jiǎn)圖

檢測(cè)示意見(jiàn)圖3。

圖3檢測(cè)示意

4.2.4.3 實(shí)驗(yàn)方法步驟

(1)將主軸錐孔內(nèi)部和檢棒擦拭干凈，將檢棒裝入錐孔；檢棒安裝標(biāo)準(zhǔn)為轉(zhuǎn)動(dòng)檢棒能帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)主軸能帶動(dòng)檢棒轉(zhuǎn)動(dòng)，即兩者無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)和位移。

(2)將磁力表座吸在刀架上，調(diào)節(jié)杠桿到合適位置裝上千分表。

(3)在靠近主軸端使千分表觸頭與圓柱表面垂直接觸，通過(guò)移動(dòng)機(jī)床觀察千分表的讀數(shù)找出垂直平面內(nèi)的最高點(diǎn)。

(4)轉(zhuǎn)動(dòng)主軸使之帶動(dòng)檢棒轉(zhuǎn)動(dòng)，在其轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程讀取千分表的最大值與最小值之差，即為所測(cè)的徑向跳動(dòng)誤差。

(5)在靠近主軸端部取三個(gè)點(diǎn)測(cè)量三次，取平均值，為a點(diǎn)的徑向跳動(dòng)誤差。

(6)移動(dòng)機(jī)床至b點(diǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)主軸使之帶動(dòng)檢棒轉(zhuǎn)動(dòng)，讀數(shù)并記錄，測(cè)量三次取平均值。

4.2.4.4 注意事項(xiàng)

(1)檢具屬精密器具應(yīng)輕拿輕放，在裝入主軸錐孔時(shí)不宜大力沖擊。

(2)千分表固定在磁力表座的夾持架上時(shí)要平穩(wěn)安放，以免測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確或摔壞百分表。

(3)千分表的滾珠所在的測(cè)桿必須與被測(cè)工件保持垂直，否則將產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。

5 超差調(diào)整方法

5.1 影響主軸錐孔徑向跳動(dòng)的因素

影響主軸錐孔徑向跳動(dòng)的主要因素是與主軸成聯(lián)接裝配關(guān)系零件的加工和裝配精度，包括機(jī)床本體(主要是軸承孔)、軸承和主軸本身。

(1)機(jī)床本體主軸殼體前后軸承孔的同軸度誤差，圓度誤差、圓柱度誤差和位置度誤差等。

(2)軸承的精度：最重要的是軸承內(nèi)圈表面的圓度誤差、表面粗糙度誤差以及滾動(dòng)體的尺寸誤差。

(3)主軸本身的精度：如主軸軸頸的同軸度、圓度和圓柱度誤差。以上因素都將直接引起主軸錐孔的徑向跳動(dòng)。

5.2 調(diào)整方法

根據(jù)影響主軸錐孔徑向跳動(dòng)的因素，確定其調(diào)整的對(duì)象主要包括主軸、軸承和機(jī)床本體上的支撐軸承孔。其具體調(diào)整方法又分為兩種情況如下。

(1)超差不嚴(yán)重時(shí)，一般采用調(diào)整軸承預(yù)緊力、熱噴涂、電鍍和刮研等方法進(jìn)行調(diào)整。軸承預(yù)緊力的調(diào)整，即在軸承的滾珠與滾道之間預(yù)加載荷，消除兩者之間的間隙，同時(shí)形成一定的彈性變形，提高主軸的旋轉(zhuǎn)精度。

熱噴涂是指將涂層材料加熱熔化，用高速氣流將其霧化成極細(xì)的顆粒，并以很高的速度噴射到工件表面，形成涂層[1]。常應(yīng)用于機(jī)械零部件的修理和防護(hù),在實(shí)際的使用中會(huì)產(chǎn)生很大的腐蝕因此在熱噴涂之前一定要對(duì)一些零件的表面進(jìn)行處理，這樣可以很好地預(yù)防腐蝕情況的發(fā)生。

電鍍即在主軸表面上鍍上一層金屬或合金。其主

要是對(duì)零件尺寸的磨損修復(fù)和表面處理。

刮研修復(fù)之前必須要通過(guò)項(xiàng)目測(cè)量判斷出誤差大的方向,并對(duì)該方向的主軸軸頸或軸承孔進(jìn)行人工刮研修復(fù)。

(2)超差嚴(yán)重時(shí)，一般采用鏜孔鑲套、更換軸承的方法。當(dāng)支撐主軸的軸承孔尺寸超差較大時(shí)，在孔壁厚度尺寸允許的條件下，可以采用將軸承孔尺寸擴(kuò)大，在其內(nèi)部鑲套軸瓦以修復(fù)其尺寸和裝配精度。當(dāng)軸承嚴(yán)重磨損調(diào)整預(yù)緊力無(wú)法達(dá)到要求時(shí)，就需跟換軸承。

注意在將車床主軸組件進(jìn)行了上述調(diào)整后，主軸、軸承和軸承孔之間的裝配需采用定向裝配法。

對(duì)于調(diào)整方法的教學(xué)主要是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察和分析，教師引導(dǎo)學(xué)生提出解決方法，并通過(guò)相關(guān)圖片和視頻了解調(diào)整的具體操作方法。在具體調(diào)整時(shí)要綜合考慮，不能因?yàn)檎{(diào)整此項(xiàng)，而影響其他部分的精度。

6 撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告

為加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解，并提升學(xué)生的總結(jié)、歸納和書寫基本功，在實(shí)驗(yàn)完成后，要求學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)順序規(guī)范撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。報(bào)告主要內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱、檢測(cè)簡(jiǎn)圖、允許誤差、實(shí)測(cè)誤差、使用檢具、檢測(cè)方法與步驟、調(diào)整方法等。

7 實(shí)驗(yàn)總結(jié)

通過(guò)主軸錐孔徑向跳動(dòng)的訓(xùn)練，使學(xué)生了解機(jī)床檢測(cè)項(xiàng)目實(shí)施的基本過(guò)程，加深了對(duì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)、公差項(xiàng)目等理論課程的理解。通過(guò)討論和實(shí)踐，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。