連改紅，孔亞軍

（寶雞機(jī)床集團(tuán)有限公司，陜西寶雞721000）

0 引 言

兩點(diǎn)支撐的主軸結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于小型車削機(jī)床，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、易于裝配，長(zhǎng)期以來(lái)其結(jié)構(gòu)型式并未發(fā)生大的變化。而隨著車削機(jī)床在加工行業(yè)的廣泛應(yīng)用，用戶對(duì)機(jī)床性能的要求在不斷變化，有的要求主軸實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)，有的則要求主軸能夠承載更大的切削力。為滿足用戶對(duì)機(jī)床性能的需求，主要可以通過(guò)對(duì)機(jī)床主軸的裝配工藝不斷進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文主要以兩點(diǎn)支撐的主軸結(jié)構(gòu)為例，討論高速和大切削力兩種不同性能要求時(shí)主軸裝配工藝的調(diào)整和應(yīng)用。

1 主軸結(jié)構(gòu)分析

如圖1所示，兩點(diǎn)支撐的主軸結(jié)構(gòu)前端用圓柱滾子軸承，主要承受徑向的切削力，通過(guò)配磨前配磨墊2的厚度，控制圓柱滾子軸承10內(nèi)圈上錐的深度，以撐內(nèi)圈的辦法消除滾道與滾珠間的徑向間隙；后端用雙列角接觸球軸承7，其主要承受軸向切削力，雙列角接觸球軸承面對(duì)面安裝，軸肩定位，消除主軸軸向竄動(dòng)；后配磨墊8主要固定主軸軸向位置，調(diào)整前配磨墊2和前法蘭3迷宮環(huán)的間隙。

2 前后軸承裝配誤差分析

如圖2和圖3所示：CC是理論主軸錐孔軸線；SS是裝配誤差導(dǎo)致主軸錐孔偏移的軸線。主軸裝配工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是主軸軸承的裝配，主軸的前軸承的裝配誤差相較于后軸承對(duì)機(jī)床整體的精度影響更大，原因分析如下：

1）當(dāng)只考慮前軸承裝配誤差時(shí)，

2）當(dāng)只考慮后軸承裝配誤差時(shí)，

式中：L1為前后軸承跨距，mm；L2為檢棒300 mm處距前軸承的距離，mm；e差為距主軸端面A處錐孔軸線跳動(dòng)，mm；e前為前軸承裝配誤差，mm；e后為后軸承裝配誤差，mm。

由式（1）和式（2）可以看出，相同的裝配誤差（即e前=e后），式（1）中主軸端面A處錐孔軸線跳動(dòng)e差要大于式（2）。所以設(shè)計(jì)時(shí)前軸承的精度等級(jí)不僅要高于后軸承，而且軸承裝配時(shí)也要嚴(yán)格控制前軸承的裝配誤差，以便減小裝配誤差對(duì)主軸精度的影響。

3 主軸裝配工藝性分析

主軸前端圓柱滾子軸承和后端雙列角接觸球軸承的裝配，是整個(gè)裝配操作中的關(guān)鍵步驟，根據(jù)機(jī)床轉(zhuǎn)速的高低、負(fù)荷的輕重等技術(shù)要求，軸承的安裝方法也應(yīng)相應(yīng)作出調(diào)整：1）低轉(zhuǎn)速、重負(fù)載時(shí)，裝配工藝應(yīng)著重提高主軸剛度，故前后軸承裝配應(yīng)該施加一定的預(yù)緊量，這樣裝配的機(jī)床熱機(jī)時(shí)間短，大負(fù)荷工作時(shí)主軸的精度保持性好。2）高轉(zhuǎn)速、低負(fù)載時(shí)，裝配工藝應(yīng)著重追求主軸旋轉(zhuǎn)的輕便，盡量降低空運(yùn)轉(zhuǎn)載荷。這樣裝配的機(jī)床在長(zhǎng)時(shí)間工作后，軸承溫升膨脹后也能保證空運(yùn)轉(zhuǎn)載荷變化不大，能很好地滿足機(jī)床主軸高速旋轉(zhuǎn)的要求。

4 兩點(diǎn)支撐主軸裝配工藝編制

4.1 低轉(zhuǎn)速、重負(fù)載的主軸裝配工藝編制

按照主軸結(jié)構(gòu)分析，低轉(zhuǎn)速、重負(fù)載的機(jī)型，主軸裝配工藝可做如下編制：

1）主軸頭朝下豎直放置，前端圓柱滾子軸承竄裝到主軸上，圓柱滾子軸承內(nèi)圈與主軸錐面配合緊密，給內(nèi)圈不斷施加軸向壓力，同時(shí)用手上下推動(dòng)軸承外圈，感覺(jué)軸承外圈移動(dòng)開(kāi)始由輕松自由變成有阻滯感時(shí)，停止給內(nèi)圈施加壓力，這時(shí)認(rèn)為軸承內(nèi)外圈滾道與滾子之間間隙為0。

2）水平放置主軸，用量塊測(cè)量軸承內(nèi)圈端面與主軸肩面距離A1。

3）將軸承內(nèi)圈從主軸上退下，外圈平放在工作臺(tái)上，測(cè)量軸承外圈滾道直孔，一般測(cè)量3次取平均值L1，再將軸承外圈裝入箱體孔內(nèi)，再次測(cè)量軸承外圈滾道直徑L2，兩次測(cè)量之差為孔縮量ΔL，即ΔL= L1- L2。

4）前配磨墊配磨厚度應(yīng)為

A= A1+δ（ΔL-a）。

式中：δ為主軸錐面的錐度比（δ=tanα，α是斜面與主軸軸線的夾角）；ΔL為孔縮量，mm；a為軸承滾子預(yù)緊量，mm；A1為軸承內(nèi)圈端面與主軸肩面距離，mm。

5）前配磨墊厚度確定后開(kāi)始配磨，一般要求平磨至要求尺寸±0.005 mm，保證平面度0.005 mm，兩面的平行度保證在0.005 mm以內(nèi)。

6）按照?qǐng)D樣要求裝配前軸承，緊固前端精密圓螺母，直至前端配磨墊端面與主軸完全貼緊。

7）面對(duì)面安裝主軸后端的雙列角接觸球軸承，測(cè)量軸承外圈與箱體端面的距離，一般該測(cè)量值需加上0.04～0.06 mm的壓緊量，配車后法蘭臺(tái)階。

8）配磨后配磨墊，保證主軸端面與箱體前端距離，緊固后端精密圓螺母。

上述主軸前軸承配墊方法，充分考慮了主軸徑向負(fù)載能力，極大地提高了主軸剛度，同時(shí)也因?yàn)榍拜S承裝配時(shí)考慮了孔縮量，為前軸承提前施加了徑向的預(yù)緊量，所以主軸的轉(zhuǎn)速不能過(guò)高，一般控制在1500 r/min以內(nèi)，否則，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)前軸承會(huì)過(guò)度發(fā)熱并產(chǎn)生一定的熱脹量，軸承容易磨損或發(fā)生抱死現(xiàn)象?？傊?，上述裝配工藝適用于主軸要求轉(zhuǎn)速不高，可承受大負(fù)載的機(jī)型。

4.2 高轉(zhuǎn)速、輕負(fù)載的主軸裝配工藝編制

高轉(zhuǎn)速、輕負(fù)載機(jī)型的主軸裝配，應(yīng)重點(diǎn)要求主軸裝配后旋轉(zhuǎn)輕盈，剛性滿足設(shè)計(jì)要求，故裝配工藝可作如下調(diào)整：

1）主軸頭朝下豎直放置，前端圓錐滾子軸承竄裝到主軸上，圓錐滾子軸承內(nèi)圈與主軸錐面配合緊密，給內(nèi)圈不斷施加壓力，同時(shí)用手上下推動(dòng)軸承外圈，感覺(jué)軸承外圈開(kāi)始由輕松自由移動(dòng)變成有阻滯感時(shí)，停止給內(nèi)圈施加壓力，這時(shí)認(rèn)為軸承內(nèi)外圈與滾子之間間隙為0。用千分尺測(cè)量圓錐滾子軸承外圈直徑L1。

2）水平放置主軸，用量塊測(cè)量前配磨墊安裝位置的間隙A1。

3）根據(jù)軸承外圈尺寸L1選配箱體，保證軸承安裝孔與軸承外圈之間保持一定的過(guò)盈量，一般過(guò)盈量控制在0～0.01 mm之間，主軸轉(zhuǎn)速越高，過(guò)盈量越小。

3）根據(jù)測(cè)量值A(chǔ)1配磨前配磨墊厚度，一般要求配磨至要求尺寸±0.005 mm，保證平面度0.005 mm，兩面的平行度保證在0.005 mm以內(nèi)。

4）按照?qǐng)D樣要求裝配前軸承，緊固前端精密圓螺母，直至前端配磨墊端面與主軸完全貼緊。

5）面對(duì)面安裝主軸后端的雙列角接觸球軸承，測(cè)量軸承外圈與箱體端面的距離，一般該測(cè)量值需加上0.04～0.06 mm的壓緊量，配車后法蘭臺(tái)階。

6）配磨后配磨墊，保證主軸端面與箱體前端距離，緊固后端精密圓螺母。

改進(jìn)后的工藝在前端圓柱滾子軸承裝配時(shí)，不給軸承滾子提前施加徑向預(yù)緊力，選配箱體的裝配方法可以減少孔縮量對(duì)軸承外圈滾道圓度的影響，防止軸承外圈與孔配合過(guò)緊，這樣裝配的主軸旋轉(zhuǎn)靈活，主軸軸承旋轉(zhuǎn)溫升產(chǎn)生的熱脹量可以進(jìn)一步提高主軸的剛度。所以，該裝配方法可以滿足主軸高轉(zhuǎn)速、輕負(fù)載工作的需求。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)兩點(diǎn)支撐主軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并根據(jù)低轉(zhuǎn)速、重負(fù)載和高轉(zhuǎn)速、輕負(fù)載兩種不同需求，給出了兩種裝配方法，在實(shí)際操作中可以起到指導(dǎo)作用。