一種高速（sù）數控車床主軸裝（zhuāng）配工藝（yì）方法研究（jiū）
2019-3-25 來源：安徽機電（diàn）職業技術（shù）學院實（shí）驗實訓中心 作者：董斌
摘要: 某機床製造企業開發（fā）的（de）新型高速數控（kòng）車床廣泛應用於汽車行業和精密軸承行業（yè）的精密零件加工（gōng）。在產（chǎn）品的試驗過程中（zhōng），發現主（zhǔ）軸運（yùn）轉噪聲很大，嚴重影響機床精度，軸承的使用壽命也大大縮短。
通（tōng）過對（duì）該產品的主軸結構（gòu）和裝配過程進行分析，找出裝配精（jīng）度超差（chà）的原因，並根據發現的問題，提出新（xīn）的裝（zhuāng）配工藝方法，最終解決了裝配精度超差的問題。
關鍵詞: 數控車床; 高速主軸; 定向裝配
高速數控車床憑借精度高、高速運動平穩、所加工零（líng）件（jiàn）精度高，在市場占有率較高，是汽車行業和精（jīng）密軸承行業加工精（jīng）密零件的關鍵（jiàn）設備之一。其中主軸部件（jiàn）的裝配精（jīng）度將直接影響機床的工作精度，從而影響零（líng）件的加工質量。一般要求主軸（zhóu）的徑向跳動和端麵跳動都嚴格控製在 0. 005 mm 範圍內（nèi），隻有合理的裝配工藝方法才能保證機床（chuáng）的精度要求。
1、 主軸結構分析
圖 1 所示為該機床主軸部件裝配圖。
圖（tú） 1 主軸部件裝配（pèi）圖
主軸采用兩點支撐，主軸前端采用雙列圓柱滾子軸承和雙列圓柱滾子軸承組合支撐，通過鎖定螺母調整軸承間隙。主軸後端采用雙列圓柱滾子軸承支撐（chēng）,通過（guò）兩個鎖定螺母調整遊隙。主軸端部短錐用於工裝夾具的定位，並通過端麵鍵傳遞扭矩。主軸傳動通（tōng）過多（duō）楔帶輪經（jīng）花鍵法蘭（lán）盤傳遞到主軸，以消除帶輪對主軸的徑向張緊力（lì），提高主軸剛（gāng）度。
2、 裝配中的主要問題分（fèn）析
由於（yú）在實驗裝配階段沒有找到一種有效的主軸部件裝配（pèi）方（fāng）法，完（wán）全憑以前裝配機床的經驗和感覺進行裝配，導致裝配出來的主軸精度達不到設計要求，主軸運轉噪聲很大，嚴重影響機床精度，軸承的使用壽命也大大縮短。
通過對主軸裝配工藝的分（fèn）析，發現兩個主要問題:
(1) 主軸（zhóu）軸承間隙的調整全憑（píng）經驗，沒有（yǒu）進行（háng）必要的（de）測量，造成裝（zhuāng）配結果不可控。
(2) 主軸裝配過程中沒（méi）有考慮主軸及軸承製造精度的誤差。
3、 主要（yào）解決措施（shī）
主軸結構圖如圖 2 所示。由於主軸軸承采用的是雙（shuāng）列（liè）短圓柱滾子軸承，該軸承內圈的內孔帶有錐度，它與主軸（zhóu）上的（de）錐麵相結合（hé），其調整的最理想狀況為內圈隨著（zhe）被漲大，把軸承外圈漲緊在（zài）短圓柱（zhù）上，使它剛剛不（bú）因（yīn）本身（shēn）重力而下來，但又能靈活地轉動為止。根據故障分析，問題主要出現在主軸軸承隔套的調整方麵。
圖 2 主軸結構圖
之前的調整方法是在調（diào）整隔套（tào）時，軸承（chéng）安裝後漲緊程度全憑經驗，沒有進行必要的檢測（cè），裝配的結果就是精度達不到要求。
改進後的裝配工藝方法如下:
(1) 清洗主軸軸承，並將清洗槽按（àn）粗洗和精洗分開（kāi）。
(2) 測量各配合件尺寸並做記錄。主要（yào）測量主軸套筒前、後兩（liǎng）孔內徑尺寸（cùn），兩雙列圓柱滾子軸承（chéng）的外圈尺（chǐ）寸。通過預緊保證軸承與套筒孔配合過盈量0. 005 mm。
(3) 檢查主軸前、後軸承 1 ∶ 12 錐麵接（jiē）觸情況，塗色檢查（chá），要求接觸麵不小於 75%，且靠近大端;旋上鎖定（dìng）螺母，檢查螺母工作麵，跳動在 0. 01 mm內。測出（chū）主軸（zhóu）前、後（hòu）軸承 1 ∶ 12 錐麵徑圓跳動最大的位置，並做標識，如圖 3 所示。
圖（tú） 3 主軸錐麵圓跳動測（cè）量
(4) 測量軸（zhóu）承的外圈寬度（dù）D、F，主軸套（tào）筒內孔（kǒng）的深度（dù）H，隔套的（de）寬度 E。配磨（mó）前端蓋 2 的外圈壓緊量 h，保證( D+E+F+h) －H = 0. 08 ～ 0. 10 mm，如圖 4所示。
(5) 清洗主軸8，將雙列圓柱滾子軸承 3、隔套1、雙向（xiàng）推力角接觸（chù）球軸承（chéng）5裝入主軸，然後裝入（rù）墊圈6，旋（xuán）上（shàng）鎖定（dìng）螺母7，用勾頭扳手（shǒu）逐漸旋緊; 旋轉勾頭扳手的（de）同時，用手托住雙列圓柱滾子軸（zhóu）承3的外圈，同時旋轉外圈繼（jì）續旋緊鎖定螺母 7，直至旋轉雙列圓柱滾子軸承3時有一定的受力，且鬆開手後軸承外圈不下墜; 同時測量漲緊後的雙列圓柱滾子（zǐ）軸（zhóu）承 3的外圈尺寸，通過與先前測量的軸承孔的尺寸比較，保證（zhèng）安裝到軸承孔後，過盈（yíng）量為 0. 005 mm。
圖 4 主軸錐麵圓跳動測量
(6) 用塊規測量主軸軸頸端麵（miàn）與軸承之（zhī）間的間隙 H，圓周方向（xiàng）等分至少測量 4 個位置，取 4 次測量值的平均值，記下平均值。
(7) 修磨隔套 1，厚度尺寸比測量（liàng）的 H 值的平均值小 0. 08 ～ 0. 10 mm。按裝配圖，順序安裝隔套 1、前端蓋（gài） 2、雙列圓柱滾子軸承 3、隔套 4、雙向推力角接觸球軸承 5、墊圈 6、鎖定螺母 7，鎖緊鎖定螺母。
(8) 主軸與後端軸承的裝配。後端軸承的測量（liàng）、調整、裝配方法與裝配前端軸（zhóu）承相同（tóng）。旋上螺母，檢查螺母工作麵，跳（tiào）動在 0. 01 mm 內。按裝配前軸承的方法，調整好隔套 5，固定鎖定（dìng）螺母 9、12。
(9) 按裝配圖組（zǔ）裝主（zhǔ）軸上其他零件後，主軸（zhóu）套筒（tǒng）去毛刺（cì）、清洗，加熱至 80 ～ 85 ℃ ，主軸套筒大（dà）端（duān）向上垂直放（fàng）置於圓周均布的幾塊高度相對一致（zhì）墊塊上。將組（zǔ）裝後的主軸組件裝入主軸套筒，再裝入（rù）後軸承的外圈。在裝入過（guò）程中，隔套（tào） 4 的外圓應與雙列圓柱滾子軸承 3 的外（wài）圓平齊（qí），而且不允許用重物敲擊，強行裝入主軸套筒內。隻（zhī）允（yǔn）許用銅棒輕輕敲擊，且（qiě）圓周均勻受力。均勻交叉擰緊（jǐn）前端蓋 2 的安裝螺釘。
(10) 按（àn）裝配圖，順序安裝墊圈 10、雙列圓柱滾子軸承（chéng）內圈（quān） 11、鎖定螺母 12。在組裝過程中，在各（gè）個球、滾柱之間均（jun1）勻地填充高級潤滑脂。用手轉動軸承，使潤滑脂均勻地進入滾道麵、保持（chí）架內徑部、各個球之間、引導麵等各處（chù）。
(11) 組裝後的組（zǔ）件放倒在 V 形鐵上，預緊後軸承鎖定螺母 12，邊旋轉鎖定螺母（mǔ）邊旋轉主軸，直至雙列圓柱滾子軸承 11 的外圈（quān）處於漲緊狀態且外圈（quān）靠牢在台階上，鎖緊鎖定螺母 12。
(12) 按裝（zhuāng）配關係，依次按順序裝上皮帶輪組件及回轉油缸組件。
(13) 檢查主軸的旋轉精（jīng）度、軸向跳動和軸向剛度，如達不到（dào）目標精度，調整前、後端鎖定螺母，直至符合精（jīng）度要求。
(14) 采用推力靜剛度法測量主軸的軸（zhóu）向剛度沿主軸軸方向加力 1 000 N，軸向位移不超過 5 μm。
4 、結論
通過對主軸裝配工藝的改良，各項靜態精（jīng）度滿足設計要求。實際運轉測試並通過應用後反饋的信息，主軸運轉良（liáng）好、噪聲低，加工零件質量穩定，機床精度保持（chí）性好。
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