机械主轴

机械主轴（精选四篇）

机械主轴 篇1

机械主轴从结构上来说并不十分复杂, 其性能的好坏虽与结构设计的合理性有着密切的联系, 但很大程度上取决于装配方法是否合理。装配方法不当可能会损坏主轴轴承或者使主轴轴承处于不良的运转状态, 高速状态下发热甚至烧毁, 严重制约主轴转速的提高。因此, 有必要对机械主轴装配方法进行研究和规范。

1 轴承清洗

主轴轴承的清洁是轴承使用的重要先决条件, 轴承中的细微杂质会导致滚动体表面产生疲劳应力, 进而产生滚动体表面疲劳破坏, 轴承在高速状态下会发热甚至烧毁。因此, 主轴轴承在安装前必须对其进行清洗。清洗的目的除了去除细微杂质外, 部分厂家在轴承出厂前涂抹在轴承上的防锈油也是本环节去除的对象。轴承在清洗的时候要遵循以下几点:1) 轴承的清洗剂一般使用航空煤油或汽油。2) 清洗按照粗洗和精洗分开, 并分别在槽底垫上金属隔垫, 使轴承不直接接触清洗槽内的脏物。3) 粗洗目的是除去防锈油, 在此阶段要尽量避免转动轴承, 用刷子等大致清除附着在轴承表面的脏物后再放入精洗槽内。4) 在精洗槽内轻轻转动轴承来进行清洗, 确认转动轴承时没有阻滞感存在。精洗槽内的清洗油要经常保持清洁。5) 将轴承全体浸入清洁的溶剂中进行脱脂处理。脱脂时以及脱脂完成后都不要转动轴承。6) 脱脂后, 如果是脂润滑, 则进行填充润滑脂的工序, 如果是油气润滑, 则在轴承内部涂上一层很薄的稀释后的润滑油。

2 填充润滑脂

对于脂润滑的轴承来说, 润滑脂的填充量要求也比较严格, 并不是润滑脂越多润滑效果就越好。事实上, 过多的润滑脂会增加轴承的摩擦阻力, 转动时滚动体搅拌润滑脂而产生更多的热量。因此, 润滑脂的填充量要适度。通常轴承生产厂家会推荐填脂量, 高速主轴用角接触轴承一般为空间容积的15%, 高速主轴圆柱滚子轴承一般为空间容积的10%。填充润滑脂时应采用带有容积刻度的注射器来进行。填充时要注意每个钢球之间均匀地填充进润滑脂。在保持架外圈引导的情况下, 在保持架的引导面上也要薄薄地涂上一层润滑脂。用手转动轴承, 保证在滚道面、保持架的内径处、滚动体之间引导面上都均匀地涂上润滑脂。

3 轴与套筒的精度检查

轴与套筒是和轴承配合的两个关键件。通常情况下轴与轴承的配合为过盈配合, 而套筒与轴承为间隙配合。为了能够使主轴具有良好的回转精度以及高速性能, 对两者与轴承的配合公差都具有非常严格的要求。轴的过盈量过大会减小轴承的游隙, 增加轴承的预紧力, 使主轴的发热量升高, 影响主轴的转速;过盈量太小会导致轴与轴承内圈发生跑圈的现象, 产生剧烈的摩擦, 同样会产生大量的热而影响主轴的转速。套筒的间隙量过小除了会给装配带来麻烦以外, 还会减低轴承外圈的热膨胀量, 使其无法与内圈的热膨胀相适应, 造成轴承的预紧力持续增大, 轴承温升现象严重;如果间隙量过大会造成主轴刚性差、回转精度不良以及外圈跑圈等问题。因此, 在安装轴承前必须对两者的配合精度进行检查, 如图1所示。

4 轴承内外隔套的配做

轴承隔套的精度对轴承性能的发挥具有重要影响。其等高一致性直接影响轴承的预紧力, 而其端面平面度和两端平行度则影响轴承滚道的精度。通常情况下, 等高一致性不能大于0.004 mm, 当内隔套比外隔套短超过0.004 mm时, 会使轴承的预紧提高一个等级, 增加轴承预紧力, 限制其预期转速的实现。内外隔套的配制首先要使用研板研磨两个隔套的端面, 使其满足平面度的要求, 如图2 (a) 所示。然后将两隔套成组配磨, 以研磨面为装置面对非研磨面进行精磨, 基本可保证平行度和等高一致性要求。使用前用千分表对内外隔套的等高一致性进行检查, 如图2 (b) 、 (c) 所示。符合要求后拧紧锁紧螺母即可获得合适的预紧力。

5 轴承的安装与锁紧

轴承应使用热装方法进行安装。先使用轴承加热器对轴承的内圈进行加热以使其膨胀, 膨胀后的内圈与轴会成为间隙配合形式, 轴承会很轻松的被装在轴上。注意严禁加热温度过高, 温度过高会造成润滑脂融化。通常内圈与轴间的温差在20~30℃时即可轻松安装。安装时要注意前轴承组的内圈径向跳动最高点应与主轴锥孔径向跳动最低点的角向位置相重合, 这样有助于降低由加工误差而带来的影响, 提高主轴的旋转精度、位置精度。

拧紧锁紧螺母后要检查锥孔的跳动值小于目标值, 保证主轴轴承处于一种理想的待转姿态。如果跳动值过大可轻轻敲击产生较大跳动一侧螺母的外面, 改善锁紧螺母的倾斜度来进行调整, 如图3所示。

6 套筒的安装

套筒与轴承之间通常是小间隙配合, 单边间隙量通常只有0~5μm, 常温安装难度很大, 应采用热装的方式安装。安装套筒前应使用加热箱对套筒进行加热, 套筒与轴承外圈温差在10~30℃即可。套筒热胀后轻敲套筒周身找正, 即可将其安装就位。

严禁使用锤击安装方式, 否则会严重破坏轴承的使用性能, 而且会使异物落入轴承内, 使轴承旋转时温升严重, 甚至损坏轴承。图4为一烧毁轴承的分析切割照片, 照片显示轴承滚道上的凹痕和划伤, 如图4 (a) 、 (b) 所示。分析结果显示, 其主要原因就是锤击安装引起脱落粉末进入轴承所致。如图4 (c) 所示, 滚动体上有明显的剥落及杂质。

7 前端盖的安装

前端盖主要用于主轴轴承的轴向固定, 其紧固量须精确控制。紧固量过大会导致套筒和前端盖变形, 影响主轴的回转精度。因此在安装前端盖前要对前端盖的紧固量进行测量。具体方法如图5所示。

在前端盖上放置轴承组和外隔套, 把深度千分尺调零作为基准。测量套筒轴承部位的放置深度。通过配磨C或D面, 使套筒的测量深度在-0.02 mm内, 这样在保证紧固力的同时, 不会使轴承的滚道产生过大的变形。

紧固前端盖时要沿对角线循序渐进地拧紧螺钉, 并使用力矩扳手对施拧力矩进行控制。施拧力矩过大会导致轴承外圈变形滚道引起回转精度不良, 施拧力矩不足则会因螺钉松动引起主轴轴向窜动过大。

8 主轴的跑合运转

主轴组装完成以后, 必须进行试运转。试运转中要对轴承附近进行温度的测量, 在确认温升达到平衡后, 再分段提高主轴转速。如果在某个转速上, 主轴的温升持续升高则要停止运转, 让轴承外圈冷却5~10℃后重新在该转速上进行跑合, 直至温度稳定。主轴在跑合时如果使用轴承冷却循环系统, 制冷系统的制冷温度要注意控制在比室温低5℃左右。制冷温度过低会导致套筒遇冷收缩过大, 影响轴承与套筒之间的间隙配合量, 使轴承无法获得足够的膨胀控制而温升严重。

9 结语

机械主轴的装配方法有很多种, 基本上大同小异, 都是采用恰当的方法来保证主轴轴承的运转状态接近其最佳状态, 充分发挥出轴承的转速性能, 使机械主轴获得理想的转速。本文介绍的装配方法具有一定的代表性, 该方法在机械主轴实际装配中取得了不错的效果。希望能给读者朋友们带来一些益处。

摘要：随着我国装备制造业的发展, 对机床加工效率的要求越来越高, 机床主轴高速化成为一种必然趋势。机械主轴因其结构简单, 维护方便, 输出扭矩大而被广泛使用。对于高速机械主轴来说, 合理的装配措施是其达到预期转速的重要条件。文中介绍了为保证机械主轴转速在装配中需要注意的事项和基本方法。

关键词：机械主轴,转速,装配方法

参考文献

机械主轴 篇2

1 车床主轴零件机械加工的主要流程

1.1 车床主轴

车床是一种利用车刀对旋转的工件进行切削加工的机床, 而车床主轴是车床的重要组成部分, 其车床主轴装有夹具、工件或者刀具, 在运行时要依靠主轴的旋转来控制钻头、切刀或者铰刀, 以实现对工件的加工。车床的主轴对工件的切削打磨时处于一种高速旋转的状态, 在这种状态下, 车床的主轴要承受扭曲和弯矩, 这就要求车床主轴必须具有足够的刚性、耐磨性和抗震性。另外, 车床主轴的回转精度的要求也很高, 这样才能保证车床主轴的高速旋转。由此可见, 在车床的加工中, 车床主轴的零件机械加工质量的好坏将直接决定着机床的工作精度以及使用寿命。

1.2 车床主轴零件机械加工流程

机械加工工艺流程, 主要是指工件或者零件制造加工的步骤, 通过机械加工的方法来实现工件的形状、尺寸及表面质量, 使其最终加工成为零件。技术人员要根据产品的数量及设备的条件等情况来确定采用的工艺过程, 并将有关的内容写成工艺文件。可以说工艺流程起着纲领性的作用, 能够根据实际情况编写特定的加工工艺。在车床主轴的零件加工工艺中, 通常可划分为粗加工阶段、半精加工阶段以及精加工阶段。车床主轴的粗加工阶段一般包括铣端面、加工顶尖孔、粗车外圆等工序。而半精加工的阶段包括半精车外圆、锥孔、钻通孔、钻大头端面各孔、车锥面、精车外圆等。而精铣键槽、粗磨外圆、精磨外圆、锥面、锥孔等则属于车床主轴的精加工阶段。

2 关于车床主轴零件机械加工工艺的研究

车床主轴加工工艺的提高, 能够有效的提高零件机械加工的质量, 而加大对热处理、零件机械加工阶段的划分以及定位基准的选择以及轴类零件的检验等方面的研究分析, 是提高车床主轴零件机械加工工艺的重要措施及要点。

2.1 热处理

热处理就是将金属材料放在一定的介质中, 通过加热、保温及冷却等来改变材料表面或内部的金相组织结构, 达到对性能的有效控制的一种金属热加工工艺。热处理技术在车床主轴的零件机械加工中, 主要包括毛坯的热处理、切削前的正火、半精加工前调质、精加工前局部的高频淬火以及进行精加工后的定性处理。对毛坯的热处理能够实现晶粒结构的细化, 并且能够有效的去除残余的锻造应力。而切削前正火的热处理技术能够有效的改善切削加工的性能和机械物理性能。半精加工前调质的热处理, 在切削加工机械性能上也非常有效。在对零件进行精加工前, 实行局部的高频淬火, 还能够有效地提升工件表面的耐磨性。精加工后的定性处理则是低温时效和冰冷处理。金属热处理是机械制造中的重要工艺之一, 与其他加工工艺相比, 热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分, 而是通过改变工件内部的显微组织, 或改变工件表面的化学成分, 赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量, 而这一般不是肉眼所能看到的。为使金属工件能够具有力学性能、物理性能和化学性能, 就要实现合理选用材料和各种成形的工艺, 而热处理工艺就是必不可少的。

2.2 零件机械加工阶段的划分

在零件机械的加工阶段中, 车床主轴对零件机械的加工质量要求比较严格, 所以在加工方式的选择上, 一般需要采取分阶段的方式进行。可以分为粗加工和精加工的过程, 通过加工阶段的划分可以实现多余应力的有效去除, 而且由于多次的切削作用, 在消除复映误差上也能起到很好的作用。在进行粗、精加工时, 需要注意时间的间隔并且要分粗、精加工机床进行, 这样能够通过机械设备的有效合理利用, 来达到保护机床的最终目的。

2.3 定位基准的选择

在车床主轴的零件机械加工中, 定位基准要做到定位基准与装配基准的重合, 这就要求对定位基准进行调整时, 要注意零件的主要精度指标, 做好同轴度、圆度以及径向跳动等指标的有效调整。由于车床主轴的定位过程较为复杂, 包括顶尖、锥堵、支承表面等作为定位基准, 并且所用的基准都需要在该工序前加工。车床主轴的零件机械加工中, 在确定了主要的表面加工顺序后, 再对非主要表面的加工工序进行安排。而车床主轴的非主要表面一般是指螺孔、键槽以及螺纹等部位, 在加工时不允许出现废品, 所以可采取将其安排为后续加工的方式, 这样就在主要表面加工失败后, 就不用再进行非主要表面的加工, 达到工时浪费现象的有效避免。但值得注意的是非主要表面加工, 不能安排在主要表面的精加工之后进行, 这是为了避免在进行非主要表面过程中破坏已经精加工过的工件。

2.4 车床主轴的零件检验

在车床主轴的零件检测上, 一般采用将自动测量装置作为一种辅助的装置安装在机床上, 通过这种检验方式能够确保不影响加工的情况下来根据测量结构实现控制机床工作的主动性, 可以通过改变进给量及自动补偿刀具磨损的方式实现。这种方式可以在生产不停的状态下, 不断适应加工条件的变化, 还能够根据信号处理的基本原理来实现对设备运行状况的有效把握, 最终达到生产过程的预测预报或者调整。在一些单件的、小批量生产中, 尺寸精度可以通过外径千分尺来实现检验, 而在进行大批量的生产时, 常采用光滑极限量规检验, 对那些长度大而精度高的工件可以用比较仪检验。圆度误差是可以用千分尺的方式测出工件同一截面内径的最大差值之半来确定, 也可以用千分表借助V形铁来进行测量。在条件允许的情况下可以使用圆度仪进行检测。圆柱度误差一般通过千分尺来进行测量, 可测出在同一轴向剖面内最大与最小值之差。主轴相互位置的精度检验一般以轴两端顶尖孔或者工艺锥堵上的顶尖孔为定位基准, 在两支承轴上方分别用千分尺测量。

结束语

总而言之, 车床主轴零件的机械加工工艺流程的有效改进是一个颇具技术性的任务, 要想实现这一工艺流程的改进就必须做好热处理、零件机械加工阶段的划分以及定位基准的选择, 在轴类零件的检验方面要重点对具体的操作以及注意事项进行研究, 这样才能为车床主轴的零件机械加工工艺的研究提供有效的理论依据。今后还应该不断的进行深入的研究以实现车床主轴加工零部件的不断优化。

摘要：机械制造业为整个国民经济的发展提供先进的技术装备, 一个国家的机械发展水平能够反映出这个国家的工业化程度。而车床作为机械制造中使用最广的一类机床加工, 其加工工艺还有待提高。主要对车床主轴的零件机械加工工艺进行了详细分析, 以期为车床主轴的零件机械加工工艺提供有效的理论依据。

关键词：车床,车床主轴,机械加工,加工工艺

参考文献

[1]徐化文.电主轴单元结构及静动态性能的研究[D].兰州:兰州理工大学, 2010.[1]徐化文.电主轴单元结构及静动态性能的研究[D].兰州:兰州理工大学, 2010.

[2]秦鹏, 刘勇, 胡红卫.主轴单元端面键的加工[J].金属加工, 2009 (19) :201-205.[2]秦鹏, 刘勇, 胡红卫.主轴单元端面键的加工[J].金属加工, 2009 (19) :201-205.

[3]施金良.变频调速数控机床运行过程能量特性及节能技术研究[D].重庆:重庆大学, 2009.[3]施金良.变频调速数控机床运行过程能量特性及节能技术研究[D].重庆:重庆大学, 2009.

[4]陈刚, 刘迎军.钳工制造技术实训教学中零件加工工艺的思考与实践[J].成功:教育, 2011 (03) :163-164.[4]陈刚, 刘迎军.钳工制造技术实训教学中零件加工工艺的思考与实践[J].成功:教育, 2011 (03) :163-164.

机械主轴 篇3

作为高速机床的核心功能部件,主轴单元的速度性能直接影响加工质量。由于高速机床主轴的工作转速要在临界转速以下或是避开临界转速,故主轴单元的固有频率就成了限制高速机床主轴转速的重要因素。对于主轴的设计来说,由于前端支承对主轴固有频率的影响更大,所以在已知主轴支承跨距的同时,前端组配轴承就要通过在不同间距影响下的固有频率对比来确定最优距离。在实际操作中,为进一步提高固有频率和临界转速,往往采取的措施是在主轴上添加轴承支承或者通过增加支承轴承的预紧力来增加刚度。为此确定主轴上添加支承的位置和支承轴承预紧力大小就显得尤为重要。

2 高速机床主轴单元的数学建模

为了更好地表现主轴的动力学性能,把主轴近似看作主要考虑剪切变形和转动惯量的Timoshenko梁,运用有限元法把主轴看作分散单元,同时轴承视作独立单元。忽略重力作用和轴向力,最终主轴系统的微分方程可表示为:

式中:[M]、[G]和[K]分别为弹性系统的质量矩阵、陀螺力矩矩阵和刚度矩阵;{q}、{Q(t)}和{B}分别为主轴系统的节点位移、外载分量和非平衡力分量;Ω为主轴角速度。质量矩阵[M]由转换质量矩阵[MT]和旋转质量矩阵[MR]组成;刚度矩阵[K]则由轴向轴承刚度矩阵[K]S和径向轴承刚度矩阵[K]B组成。

对于轴承径向刚度,如果轴承i和j分别安装于有限元系统中的节点m和n上,则轴承径向刚度可表示为:

在已知预紧力的前提下,角接触球轴承的径向刚度Kr可近似地按下式计算:

式中:km为材料系数;Z为滚动体数目;Db为滚动体直径,mm;α为接触角,(°);Fa为预紧力,N。

在进行固有振动特性分析时,[M]和[G]决定于主轴的尺寸和材料;-Ω2([MT]-[MR])在高速旋转下取决于离心力,通过上式可以看到这项降低了整个系统的刚度,所以在设计主轴中,离心力也是要考虑的。式(1)中Ω很小,可以近似取值为0,同时为计算主轴静刚度,外载分量Q(t)和非平衡力B也设为0。

任何弹性体的自由振动可以分解为一系列简谐振动的叠加,设式(1)有如下形式的简谐振动解:

将式(4)代入式(1)得

计算高速机床主轴的固有频率就变成解算式(5)中的广义特征值ω2问题。

3 创建主轴系统的有限元模型

以某一普通高速主轴系统为研究对象,建立高速机床主轴有限元模型[1],如图1所示。

创建模型时,为了方便计算,在不影响支承位置研究的前提下,忽略那些为满足使用上的要求而设置的次要因素。主轴全长661.95mm,共被分为23个单元,前支承为背靠背配置的角接触球轴承,分别安装在第8和11节点;后支承为相同配置的角接触球轴承,分别安装在第20和21节点。为了得到前端组配轴承之间的最优支承距离,将第8节点上的轴承支承位置固定,再分别计算11节点上的轴承支承移动到9、10、11、12节点后的固有频率并进行对比。确定前端组配轴承之间的最优支承距离后,通过分别计算在前后两端组配轴承的两侧单元节点处(例如对前端轴承是在7、9、10、12节点处,而后端轴承就是在节点19或22处)添加角接触球轴承支承后的主轴固有频率,来分析添加位置对于固有频率的影响。首先将每个单元的M、G和KS计算出来,然后每个部分联系起来列出矩阵[M]、[G]、[K]S并代入主轴系统的微分方程式(1)。

其中Ne为单元数,定义[A]i=[ajk]8×4·(Ne+1),当k=4i+j-4,j=1,2,…,8时,ajk=1,其余为0。

根据以上的方法和数据,编写程序用MATLAB解算式(1)的主轴系统微分方程来得到主轴固有频率。

4 结果与讨论

4.1 前端组配轴承最优距离

由图2可以看出,前端组配轴承之间的距离不同,系统所对应的各阶固有频率也不同,且由两者之间关系的非单调性可知,存在一个最优距离,使得主轴固有频率达到极大值,即9、10、11、12四个节点中的11节点。

4.2 添加支承位置对于高速主轴单元振动特性的影响

当对前端组配轴承施加的预紧力一定时,添加轴承支承可使主轴单元的固有频率增加。在前端添加轴承支承对于主轴单元固有频率的影响呈非线性,且添加位置越靠近前端面固有频率越大,而在后端添加轴承支承对于主轴单元固有频率的影响则显得相对稳定(如表1和图3所示)。

4.3 前端轴承施加不同预紧力对于高速主轴单元振动特性的影响

表1、2、3分别对应于预紧力为891N、400N和1600N时各添加位置下的主轴固有频率。首先无论是否添加支承都不影响固有频率随着预紧力增加而提高的趋势;其次预紧力的改变对于添加了不同位置支承的主轴固有频率的影响程度也不变。不过,随着预紧力的不断增加,其对固有频率的影响越来越趋于平缓(如图4所示)。

5 结 论

(1)高速主轴支承设计中,前端轴承之间的距离配置尤为重要,由于在其配置距离与主轴固有频率的函数关系之间存在极值,因此可以通过计算对比的方法确定最优配置距离。

(2)在添加额外的轴承支承时,尽量靠近前端面添加,这样可以大幅提高主轴的固有频率;但对于添加后端支承位置的选取来说,因为不同添加位置对于主轴固有频率的影响都不明显,所以可选择添加在方便装卸的位置。

(3)前端组配轴承施加不同轴向预紧力对于在不同位置添加了支承后的固有频率的影响程度近似相同,这种影响程度也会随着预紧力的提高而变得越来越微弱,并且大幅提高预紧力的同时会加剧支承轴承的摩损,因此,在允许的条件下适当增加预紧力即可。

参考文献

[1]JORGENSEN B R,et al.Dynamics of machine tool spindle/bearing systems under thermal growth[J].ASME,J.of Tribology,1997,119:875-882.

[2]谢黎明,张海杰,邵宽平.高速电主轴轴承的预紧[J].机械制造,2011(11):123-125.

[3]钱学毅,周欣明,吴双.机床主轴系统的振动特性分析[J].机床与液压,2009,37(5):38-41.

铣床主轴组件设计 篇4

1 各部尺寸的选择

(1) 铣床主轴头部尺寸必须符合GB3837-2001国家标准的规定。

(2) 主轴轴颈直径。

前支承的直径是主轴上的主要尺寸, 在设计时一般先估算或定一个尺寸, 也可类比, 结构确定后再进行核算, 根据核算结果再进行修改。

(3) 支承跨距及悬伸长度。

为提高主轴刚度, 应尽量缩短主轴的外伸长度a, 选取适当的支承跨距L, 一般取:L/a=3～5。当跨距L小时, 轴承变形对主轴轴端变形影响大, 所以轴刚度小时, L/a应选大值, 轴刚度差时, 则取小值。

2 主轴轴承的选择

2.1 轴承类型

主轴前轴承有两种常用的类型:

(1) 双列圆柱滚子轴承。这种轴承承载力大, 内孔有1∶12锥度, 摩擦系数小, 温升低, 但不能承载轴向力, 必须和能够承载轴向力的轴承配合使用, 因此整个组件的支承结构比较复杂。

(2) 圆锥滚子轴承。这种轴承承载能力大, 同时可承载轴向力和径向力, 结构比较简单, 但允许的极限转速低, 温升较大。

与双列圆柱滚子轴承配套使用承受轴向力的轴承主要有3种:

(1) 双向推力角接触球轴承。这是新型轴承, 在近新设计生产的机床上广泛采用。这种轴承具有承受双向轴向负荷、精度高、刚度好、温升低、转速高、装拆方便等优点, 是当代主轴轴承的新型结构, 特别适用于与双列圆柱滚子轴承组配, 应用在机床主轴上, 但这种轴承不承受径向力。

(2) 角接触球轴承, 有3种:α=15°、25°、60°, 常用的是前两种。这种轴承特点是:允许极限转速高、运转平稳、低摩擦、精度高, 但承载能力较低些。X6132、X5032型升降台铣床就采用这种轴承与圆柱滚子轴承组配使用的, 实践证明这种组配完全可以满足要求, 且较为经济。

(3) 推力球轴承。接触角为90°, 因此承受轴向力能力高, 但允许极限转速低, 且容易发热。

2.2 轴承的配置

对于铣床主轴轴承, 主张采用两支点配置, 两支点结构简单、制造方便、经济效果好, 但要求主轴单件应有足够的刚度。

三支点主轴工艺性差, 三孔同轴度很难保证, 主轴温升也高, 在刚度允许的情况下尽可能不采用三支点结构。

如果主轴刚度不足可采用两支点为主要支承, 第三点为辅助支承, 辅助支承可放在中间或后边, 采用这种结构要求有较大的游隙, 一般在0.03～0.07之间, 只有当载荷较大主轴产生弯曲时辅助支承才起作用, 这样可以弥补主轴刚度不足, 也可以减少温升。

2.3 主轴轴承精度的选择

主轴轴承的精度要比一般传动轴承的精度要高, 主轴前轴承的误差对主轴前端影响最大, 所以一般要比后轴承选高一级, 选同一级也可。普通精度的铣床主轴前轴承应选C或D, 但C级轴承造价较高, 一般选D级就可以了, 后轴承一般选D或E级。

精密、高精密铣床前轴承应选B或C级, 后轴承应选C或D级。

选择轴承时既要考虑机床的精度要求, 又要考虑经济性, 各级精度轴承的价格比如表1所示。

2.4 轴承配合的选择

轴承与轴和轴承与箱体孔之间的配合, 一般都选过渡配合, 应采用比一般传动轴松一些的配合, 采用j5、js5、j6、js6比较合适, 另外, 轴承的内外环都是薄壁件, 轴和孔的形状误差都会反映到轴承滚上去。如配合精度选得过低, 会降低轴承的回转精度, 所以轴和孔的精度应与轴承精度相匹配。

主轴上轴承配合推荐如表2所示。

2.5 铣床主轴轴承间隙的调整

为提高主轴回转精度和刚度, 在设计主轴组件时必须设有主轴间隙调整结构, 铣床主轴轴承间隙一般应调到合适的负间隙 (过盈) , 形成一定的负载, 这样可使主轴回转精度和刚度都能提高, 寿命、噪音和抗振性也可得到改善。调整时应注意负载不能过大, 过大的预负载对提高刚度没有明显效果, 而磨损发热量和噪音都会增大, 轴承寿命将因此而降低。

双列圆柱滚子轴承内圈相对外圈可以沿轴向移动, 当内圈向大端沿轴向移动时, 由于轴承内锥孔有1:12锥度将内圈胀大, 因而会消除滚子与内外环之间的间隙。铣床主轴常用的调整间的结构形式及调整方法见表3。

铣床主轴组件的精度好坏还与以下问题有关:

(1) 调整螺母的端面与螺纹中心线的垂直度要严格控制, 一般应控制在0.02以内。

(2) 隔套两端面平行度也要严格控制, 应在0.01以内, 最好控制在0.005, 否则调整时会将螺母压偏而破坏主轴精度。最好的办法是将螺母旋到主轴平螺母端面。

(3) 箱体孔的端面、主轴的端面都要进行控制。

3 主轴的润滑和密封

3.1 润滑

铣床主轴的转速度都比较高, 因此必须充分润滑, 最常用的方法是单独将油管引到轴承处, 并且油管来油量应能控制, 来油量大会造成主轴发热, 回油也是问题, 来油少会造成润滑不足, 将轴承研伤。

3.2 密封

主轴漏油用户反感, 国家标准也不允许, 因此在设计主轴组件时应考虑密封。防漏措施有两种:

(1) 堵———加密封装置阻止油外流。

铣床主轴转速高, 因此多采用非接触式的密封装置, 形式有几种:轴与轴承盖之间留有0.1～0.5间隙, 间隙越小, 密封效果越好, 但制造困难;在轴承盖的孔内开一个或几个并列的油槽 (圆弧形或V形) , 效果比前一种好;在轴上开沟槽, 一般是锯齿形, 使油不能沿轴外流, 利用轴的旋转速将油甩在箱体里面, 效果比前两种好。

(2) 疏导———在适当的地方做出回油路, 使油能顺利地流回油箱。

在铣床主轴组件设计中应堵疏并用, 在主轴上开锯齿槽 (前后都开) , 轴承盖加油沟, 箱体上加疏导回油路相结合的结构, 效果较理想。

4 注意事项

(1) 铣床主轴上的齿轮应尽可能靠近主轴前端, 特别是大齿轮更应该靠前, 可以减少主轴的扭矩变形。

(2) 主轴直径主要决定于主轴所需要的刚度, 在结构允许的情况下直径应尽量大。

(3) 主轴钢材牌号的选用。各种牌号的钢材弹性模基本一样, 对刚度影响不大。普通铣床的主轴选用45号钢即可, 精密铣床的主轴设计时应考虑到热处理变形的影响, 选取热处理变形小的钢材, 如40Cr或其它合金钢。

(4) 主轴头部和装轴承颈需经淬火, 硬度为RC48-55, 主轴的其他部分需经调质处理, 硬度为HB220-250。

(5) 主轴组件后支点的设计。

后支点距前支点太远主轴刚度不好, 太近则会造成主轴精度不好。

如果采用角接触轴承作主轴后轴承, 支点置于床身后壁上, 会造成床身后面热胀, 使床身水平导轨胀高, 直接影响有关成品的精度。