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一種高速數控車床主軸裝配工藝方法研究

2019-3-25 來源：安徽機電職業（yè）技術學院實驗實訓中心（xīn）作者：董斌

摘要（yào）: 某機床製造企業開發的新型高速數控車床廣（guǎng）泛應用於汽車行業和精密軸承行業的精密零件加工。在產品的試驗過程中，發（fā）現主軸運轉噪聲很大，嚴（yán）重影響（xiǎng）機床精度，軸承（chéng）的（de）使用壽命也大大縮短。

通過對該（gāi）產品（pǐn）的主軸結構和裝配過程進（jìn）行分析（xī），找出裝配精度超差的原因，並（bìng）根據（jù）發現的問題，提出新的裝配工藝方法，最終解（jiě）決了裝配精度超差（chà）的問題。

關鍵詞: 數（shù）控車床; 高速主軸; 定向裝配

高速（sù）數控車床憑借精度高、高速運動平穩（wěn）、所加工零件精度高，在市（shì）場占有率較高，是汽車行業和精密軸承行業加工精密零件的關鍵設備之一。其中主軸部件的裝配精（jīng）度將（jiāng）直接影響機床的工作精度，從而（ér）影響零件的加工質量。一般要求主軸的徑（jìng）向跳動和端麵跳動都嚴格控製在 0. 005 mm 範圍內，隻有合理的裝配工藝方法才能保證機床的精度要（yào）求。

1、主軸結構分析

圖 1 所示為該機（jī）床主軸部件裝配圖。

圖 1 主軸部件裝配圖

主軸采用兩點支撐，主軸前端采用雙列（liè）圓柱滾子軸承和雙列圓柱滾子軸承組合支（zhī）撐，通過鎖定螺母調整軸承間（jiān）隙。主軸後端采用雙列圓柱滾子軸承支（zhī）撐,通過兩個鎖（suǒ）定螺母調整遊隙。主軸端部短錐用於工裝（zhuāng）夾具的定位（wèi），並通過端麵鍵（jiàn）傳遞扭矩。主軸傳動通過多楔帶輪經花鍵法蘭盤傳遞到（dào）主（zhǔ）軸（zhóu），以消除帶輪對主（zhǔ）軸的徑向張緊力，提高主軸剛度。

2、裝配中的主（zhǔ）要問題分析

由於在（zài）實驗裝配階段沒有找到一種有效的主軸部件裝配方法，完全憑以前裝（zhuāng）配機床的經驗和感覺進行裝配，導致裝配（pèi）出來的（de）主軸精度達不到（dào）設計（jì）要求，主軸運轉噪聲很大（dà），嚴（yán）重（chóng）影響機（jī）床精（jīng）度，軸承的使用壽命也大大縮短。

通過對主軸裝配（pèi）工藝（yì）的分析，發現（xiàn）兩個主要問題:

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

(2) 主軸裝配過程中沒（méi）有考慮主軸及軸承製造精度的（de）誤差。

3、主要解決措施

主軸結構圖如圖 2 所示。由於主軸軸（zhóu）承采用的是雙列（liè）短圓柱滾子軸承，該軸承內圈的內（nèi）孔（kǒng）帶有錐度，它與主軸（zhóu）上的錐麵相結合，其調整的最理（lǐ）想（xiǎng）狀況為內圈隨（suí）著被漲大，把軸（zhóu）承外圈漲緊在短（duǎn）圓柱上，使它剛剛不因本身重力而下來（lái），但又（yòu）能靈活地轉動為止。根（gēn）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（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，裝配的結果就是精度達不到要求。

改進後的裝配工藝方法如下:

(1) 清（qīng）洗（xǐ）主軸軸承，並將清（qīng）洗（xǐ）槽按（àn）粗洗和（hé）精洗分開。

(2) 測量各配合件尺寸並做記錄。主要測量主軸套筒前、後兩孔內徑尺寸（cùn），兩雙（shuāng）列圓柱滾子軸承的外圈尺寸。通過預緊保證軸承與套筒孔配（pèi）合過盈量0. 005 mm。

(3) 檢查主軸前、後軸承 1 ∶ 12 錐麵接觸情況，塗色檢查，要求接（jiē）觸麵不小於 75%，且靠近大端;旋上鎖定螺母，檢查螺母工作麵，跳動在 0. 01 mm內。測出主軸前、後軸承 1 ∶ 12 錐麵徑圓跳動（dòng）最大的位置，並做（zuò）標識（shí），如圖 3 所示。

圖 3 主軸錐麵圓跳動測量

(4) 測量軸承的外圈寬度D、F，主軸套筒內孔（kǒng）的深度H，隔（gé）套的寬度 E。配磨前端蓋 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（qīng）洗主軸8，將（jiāng）雙列圓柱滾（gǔn）子（zǐ）軸承 3、隔套1、雙向推力角接觸球（qiú）軸承5裝入主軸，然後裝入墊圈6，旋上鎖定螺母7，用勾頭扳手逐漸（jiàn）旋緊; 旋（xuán）轉勾頭扳（bān）手的同時，用手托住雙列圓柱滾子（zǐ）軸承（chéng）3的外圈，同時旋轉外圈繼續旋緊鎖定螺母 7，直至旋轉（zhuǎn）雙列圓柱滾子軸承3時有一定的受力，且鬆（sōng）開手後軸承外圈不下墜; 同時測量漲緊後的雙列圓柱（zhù）滾子軸承 3的外圈尺寸（cùn），通過與先前測量的軸承孔的尺寸比較，保證安裝到軸承孔後，過盈量為 0. 005 mm。

圖 4 主軸錐麵圓跳動測量

(6) 用塊規測量主軸軸（zhóu）頸端麵與軸承之間的間隙 H，圓周方向等（děng）分至少測量 4 個位置，取 4 次測（cè）量值的平均值，記下平均值。

(7) 修（xiū）磨隔套 1，厚度尺寸比測量的 H 值的平均值小（xiǎo） 0. 08 ～ 0. 10 mm。按裝配圖，順序安裝隔套 1、前（qián）端蓋 2、雙列圓柱滾子軸承 3、隔套 4、雙向推力角接（jiē）觸球軸（zhóu）承 5、墊圈 6、鎖（suǒ）定螺母 7，鎖緊鎖定螺（luó）母。

(8) 主軸與後端軸承的裝配。後端（duān）軸承的測量、調整、裝配方法（fǎ）與裝配前端軸承相同。旋（xuán）上螺（luó）母，檢查螺母工作麵，跳動在 0. 01 mm 內（nèi）。按裝配前軸（zhóu）承的方法，調整好（hǎo）隔套 5，固定鎖（suǒ）定螺母 9、12。

(9) 按裝配圖組（zǔ）裝（zhuāng）主軸上其他零件後，主（zhǔ）軸套筒去毛刺、清洗，加熱至 80 ～ 85 ℃ ，主軸套筒大端（duān）向上垂直放置於圓周均布的幾塊高（gāo）度相對一致墊塊（kuài）上（shàng）。將組裝後的主軸（zhóu）組件裝入主軸套筒，再裝入後軸承的外圈。在裝入過程（chéng）中，隔套 4 的外圓應與雙（shuāng）列圓柱滾子軸（zhóu）承 3 的外圓（yuán）平齊，而（ér）且不允許用重物敲擊，強（qiáng）行（háng）裝入（rù）主（zhǔ）軸套筒內（nèi）。隻允許用銅（tóng）棒輕輕敲擊（jī），且（qiě）圓周均勻受力。均勻交（jiāo）叉（chā）擰緊前端蓋 2 的安裝螺釘。

(10) 按裝配圖，順序安裝墊圈（quān） 10、雙列圓柱滾（gǔn）子軸承內圈（quān） 11、鎖定（dìng）螺（luó）母（mǔ） 12。在組裝過程中，在各（gè）個球、滾柱之間均勻地填充高級潤滑脂。用手轉動軸承，使潤（rùn）滑脂均勻地進入滾道麵、保持架內徑部、各個（gè）球之間、引導麵等各處。

(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，邊旋轉鎖定螺母邊旋轉主軸，直至雙列圓柱滾子軸承 11 的外圈處於漲緊（jǐn）狀態（tài）且（qiě）外圈靠牢在台階上，鎖緊鎖定螺母 12。

(12) 按裝配關係，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（zhuǎn）精度、軸（zhóu）向跳動和軸向剛度，如達不到目標精度，調（diào）整前、後端鎖定螺母，直至符合精度要求。

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

4 、結論

通過對主軸（zhóu）裝（zhuāng）配工藝的改良，各項靜態（tài）精度滿足設計要求。實際運轉測試並通過應（yīng）用後（hòu）反饋的信（xìn）息，主軸運轉良好、噪聲低，加工零件質量穩定，機床精度保持性好（hǎo）。

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