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一種高速數控車床主軸裝配工（gōng）藝方法研究

2019-3-25 來源：安徽機電職業技術學院實驗實訓中心作者：董斌

摘要: 某機床製造企業開發（fā）的新型高速數控車床（chuáng）廣泛應用於汽車行業和精密（mì）軸承行業的精密零件加工。在產品的試驗過程中，發現主軸運轉噪聲很大，嚴重影響機床精度，軸承的使用壽命也（yě）大大縮短。

通過對該產品的主軸結構和裝配（pèi）過程進行分（fèn）析，找出裝配精度超差的（de）原因，並根據發現的問題，提出新的裝配工藝方法，最終解決了裝配精度超差的問題。

關鍵詞: 數控車（chē）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（píng）穩、所（suǒ）加工零件精度高，在市場占有率（lǜ）較高，是汽車行業和精密軸承行業加工精密（mì）零件的關鍵設備之一（yī）。其中（zhōng）主軸部件的（de）裝配精度將直接影響機床的工作（zuò）精度，從而影響零件的加工質量。一般要求（qiú）主軸的徑向跳動和端麵跳（tiào）動都嚴格控製在 0. 005 mm 範圍內，隻有合（hé）理的裝配工藝方法才能保證機床的精度要求。

1、主軸結構分析

圖 1 所示為該機床（chuáng）主軸部件裝配圖。

圖（tú） 1 主軸部（bù）件裝配圖

主軸采用兩（liǎng）點支撐，主軸（zhóu）前端采（cǎi）用雙列圓柱滾子軸承和雙列圓柱滾子（zǐ）軸承組合支（zhī）撐（chēng），通過鎖（suǒ）定螺母調整軸承間隙。主軸後（hòu）端采用雙列圓（yuán）柱滾子（zǐ）軸承支撐,通過兩個鎖（suǒ）定螺母調整遊隙。主軸端部短錐用於工裝夾具的定位（wèi），並通過端麵鍵傳遞扭矩。主軸傳動通過多楔帶輪經花鍵法蘭盤傳遞到主軸，以消除帶輪對主軸（zhóu）的徑向（xiàng）張緊力，提高主軸剛度。

2、裝配中的主要問題（tí）分析

由於在實驗裝配階（jiē）段沒有找到一種有效的主軸部件裝配方法，完全憑以（yǐ）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（jì）要求，主軸運轉噪聲很大，嚴重（chóng）影響機床精度，軸承（chéng）的（de）使用壽命也大大縮短。

通過對主軸裝（zhuāng）配（pèi）工藝的分析，發現兩個（gè）主要問題:

(1) 主軸軸承間隙的調整全憑經驗，沒有進行必要的測量，造成裝配結果不（bú）可控。

(2) 主軸裝配過（guò）程中（zhōng）沒（méi）有考慮主軸及軸承製造精度的（de）誤差（chà）。

3、主（zhǔ）要解決（jué）措施

主軸結構圖（tú）如圖 2 所示。由於（yú）主軸軸承采用（yòng）的（de）是雙列短圓柱滾子軸承，該（gāi）軸承（chéng）內圈的（de）內孔帶有錐度，它（tā）與主軸（zhóu）上的錐麵相結合，其調整的最理想狀況為內圈隨著（zhe）被漲大（dà），把軸承外圈漲緊在（zài）短圓柱上，使它剛剛不（bú）因（yīn）本身重力而（ér）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（zài）主軸軸承隔套的調整方（fāng）麵。

圖 2 主軸結構（gòu）圖

之（zhī）前的調整方法是在調整隔套時，軸承安裝後漲緊程度全憑經驗，沒有進行必要的檢測，裝配的結果就（jiù）是精度達（dá）不到要求。

改進後的裝配工藝方法如下:

(1) 清洗主軸軸承，並將清洗槽按粗（cū）洗和精洗分開。

(2) 測量（liàng）各配合件尺寸並做記錄。主要（yào）測（cè）量主軸套筒前、後兩孔內徑尺（chǐ）寸，兩雙列圓柱滾子（zǐ）軸承的外圈尺寸。通過預（yù）緊保證軸（zhóu）承與（yǔ）套筒孔配合過盈量0. 005 mm。

(3) 檢（jiǎn）查主軸前、後軸承 1 ∶ 12 錐麵接觸情況，塗色檢查，要求接觸麵不小於 75%，且靠（kào）近大端;旋上鎖定螺母，檢查螺母工作麵，跳（tiào）動在（zài） 0. 01 mm內。測出主軸（zhóu）前、後軸承（chéng） 1 ∶ 12 錐（zhuī）麵徑圓跳動最大的位置，並做標識，如圖 3 所示。

圖 3 主軸錐麵圓跳（tiào）動測量

(4) 測量軸承的外圈寬（kuān）度D、F，主軸套筒內孔的深（shēn）度H，隔套的寬度 E。配（pèi）磨前端蓋 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（liè）圓柱滾子軸承（chéng） 3、隔套1、雙向推力角接觸球軸承5裝入（rù）主軸（zhóu），然後（hòu）裝入（rù）墊圈6，旋上鎖定螺母7，用勾頭扳手逐漸（jiàn）旋緊（jǐn）; 旋轉勾頭扳手的同（tóng）時，用手托住雙列圓柱滾子軸承3的外圈，同時旋轉外圈繼續旋緊鎖定螺母 7，直至旋轉雙（shuāng）列圓柱滾子軸承3時有一（yī）定的受力，且鬆開手後（hòu）軸承外圈不（bú）下墜; 同時測量漲緊後的雙列圓柱滾子軸承 3的（de）外圈尺寸，通過與先前測量的軸承孔的尺寸（cùn）比較，保證安裝到軸承孔後，過盈量為（wéi） 0. 005 mm。

圖 4 主軸錐（zhuī）麵圓跳動測量

(6) 用塊規測量主軸軸頸端麵與軸承之間（jiān）的間隙 H，圓周方向等分（fèn）至少測量 4 個位置，取 4 次測量（liàng）值的平均值，記下（xià）平均值。

(7) 修（xiū）磨隔套 1，厚（hòu）度尺寸比（bǐ）測量的（de） H 值的（de）平均值小 0. 08 ～ 0. 10 mm。按裝配圖，順序安裝隔套 1、前端蓋 2、雙列圓柱滾子軸承 3、隔套 4、雙（shuāng）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、調整、裝配方法與裝配（pèi）前端（duān）軸承相同。旋上螺母，檢查（chá）螺母工作麵，跳（tiào）動在 0. 01 mm 內。按裝配（pèi）前軸承的方法，調（diào）整好隔套 5，固定鎖定螺母 9、12。

(9) 按裝配圖組裝（zhuāng）主（zhǔ）軸上其他（tā）零（líng）件後，主軸套筒去毛（máo）刺、清洗，加熱至 80 ～ 85 ℃ ，主軸套筒大端向上垂直放置於圓周均布的幾塊高度相對（duì）一致墊（diàn）塊上。將組裝後的主軸（zhóu）組件裝入主（zhǔ）軸套筒，再裝（zhuāng）入（rù）後軸承（chéng）的（de）外圈。在裝入過程中（zhōng），隔套 4 的外圓應與雙列圓柱滾子軸承 3 的外圓平齊，而且不允許用重物敲擊，強行裝入主軸套筒內（nèi）。隻允許（xǔ）用銅棒輕輕敲擊，且圓周均（jun1）勻受力。均勻交叉擰緊前端（duān）蓋 2 的安裝螺釘。

(10) 按（àn）裝配圖，順序安裝墊圈 10、雙列圓柱（zhù）滾子軸承內圈 11、鎖定螺母 12。在組裝過程中，在各個球、滾柱之間均勻地填充高級潤滑脂。用手（shǒu）轉動軸（zhóu）承（chéng），使潤滑脂（zhī）均勻地進入滾道麵、保（bǎo）持架（jià）內徑（jìng）部、各個（gè）球之間、引導麵等各處。

(11) 組裝後的組件放倒在 V 形鐵上，預緊後軸（zhóu）承鎖（suǒ）定螺母 12，邊旋轉鎖定螺母邊旋（xuán）轉主軸，直至雙列圓柱滾子軸承 11 的外圈處於漲緊狀態且外圈（quān）靠牢在台階上，鎖緊鎖定螺（luó）母 12。

(12) 按裝配關（guān）係，依次按順序裝上皮帶輪組件及回轉油缸組件。

(13) 檢查主軸的旋轉精度、軸向跳動和軸向剛度，如達不到目標精度，調整前、後端鎖定螺母，直至符合精度要求。

(14) 采用推力（lì）靜剛度法測量主軸的軸向剛度沿主軸軸方向加力（lì） 1 000 N，軸向位移不超過 5 μm。

4 、結論

通過對主軸（zhóu）裝配工藝的改良，各項靜態精度滿足設計要（yào）求。實際運轉（zhuǎn）測試並（bìng）通過應用後反饋的信息（xī），主軸運轉良好（hǎo）、噪聲低，加（jiā）工零件質量穩定，機床精度保持（chí）性好。

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