久久嫩草视频,欧美日韩黄色大片,欧美日韩三级

您現(xiàn)在的位置：齒輪加工機(jī)床網(wǎng)> 技術(shù)前沿>SL50 型數(shù)控車(chē)床主軸回轉(zhuǎn)精度的可靠度研究

SL50 型數(shù)控車(chē)床主軸回轉(zhuǎn)精度的可靠度研究

2017-4-1 來(lái)源：南通職業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院作者：張麗萍，李業(yè)農(nóng)，周開(kāi)俊

摘要：通過(guò)以 SL50 型數(shù)控車(chē)床的主軸組件為例，深入分析了產(chǎn)生主軸回轉(zhuǎn)誤差運(yùn)動(dòng)的原因，提出該數(shù)控車(chē)床主軸軸承的預(yù)緊力界定范圍。對(duì)該數(shù)控車(chē)床主軸軸承磨損情況做了可靠性統(tǒng)計(jì)分析，建立了主軸回轉(zhuǎn)精度壽命的可靠度模型，主軸軸承磨損量與其工作小時(shí)數(shù)幾乎成線(xiàn)性關(guān)系。在該數(shù)控車(chē)床工作 15000 小時(shí)和 20000 小時(shí)后，分別檢測(cè)了主軸徑向跳動(dòng)的誤差、主軸軸向竄動(dòng)誤差和卡盤(pán)端面跳動(dòng)誤差，對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度的下降情況做了統(tǒng)計(jì)分析，并進(jìn)行了回轉(zhuǎn)精度可靠度計(jì)算。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；主軸；軸承；磨損；回轉(zhuǎn)精度；統(tǒng)計(jì)分析；可靠度

1.引言

要提高數(shù)控機(jī)床的加工精度，除了要提高機(jī)床的剛度、抗振性和熱穩(wěn)定性外，首要的是提高主軸組件的幾何精度和回轉(zhuǎn)精度，在制造過(guò)程中可通過(guò)先裝配后精加工提高主軸的回轉(zhuǎn)精度[1] 。從統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果看，軸承的主要失效形式是接觸疲勞磨損、磨粒磨損、粘著磨損和微動(dòng)磨損[2-3]，鑒于此，筆者以 SL50 型數(shù)控車(chē)床的主軸組件為例，就影響主軸組件的回轉(zhuǎn)精度的因素，尤其是主軸軸承磨損對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度壽命影響的程度做了深入的探討。

2.產(chǎn)生主軸回轉(zhuǎn)誤差運(yùn)動(dòng)的主要原因分析

SL50 型數(shù)控車(chē)床的主軸部件，前支承為三個(gè)角接觸球軸承，前面兩個(gè)軸承大口朝向主軸前端，以承受軸向和徑向切削力；后面軸承大口朝向主軸后端，三個(gè)軸承的內(nèi)外圈軸向由軸肩和箱體孔的臺(tái)階定位承受軸向負(fù)荷。后支承由一對(duì)背靠背的推力角接觸球軸承組成，只承受徑向載荷，并由后壓套進(jìn)行預(yù)緊，結(jié)構(gòu)如圖 1所示。

圖 1 SL50 型數(shù)控車(chē)床的主軸部件結(jié)構(gòu)

一般數(shù)控車(chē)床而言，主軸的瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)是經(jīng)常變動(dòng)的。根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的原理，在任何瞬時(shí)，一方面主軸繞自己的瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，另一方面，該瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)還相對(duì)理想回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)作軸向的、徑向的和傾角的運(yùn)動(dòng)[4-5]。SL50 型數(shù)控車(chē)床的主軸部件也不可避免存在上述誤差運(yùn)動(dòng)。其主要原因有：

（1）主軸支承軸頸的圓度誤差，如橢圓、棱圓及較大的波紋，會(huì)造成主軸周期性徑向跳動(dòng)誤差運(yùn)動(dòng)。主軸前后支撐的不同軸及它們徑向跳動(dòng)的大小和方向的不一致性，會(huì)造成主軸的擺角誤差運(yùn)動(dòng)。

（2）主軸軸承，特別是前軸承的缺陷，如軸承套滾道的圓度誤差和波紋，滾動(dòng)體直徑的不一致性及圓度誤差等，會(huì)造成主軸的徑向誤差運(yùn)動(dòng)。軸承的支撐端面對(duì)主軸回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)的不垂直，軸承的滾道及滾動(dòng)體的誤差，會(huì)造成主軸周期性的和非周期性的軸向誤差運(yùn)動(dòng)。滾動(dòng)軸承的摩擦和磨損，使主軸部件的各部分產(chǎn)生不同的熱變形，會(huì)造成主軸的徑向誤差運(yùn)動(dòng)和軸向誤差運(yùn)動(dòng)。

SL50 型數(shù)控車(chē)床是精密級(jí)機(jī)床，除了主軸支承軸頸、主軸前后支撐的不同軸等先天性誤差外，主軸軸承的自身誤差和安裝誤差也是引起主軸回轉(zhuǎn)誤差運(yùn)動(dòng)的主要因素之一。只有經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝過(guò)程控制，使上述的 2 項(xiàng)誤差降到最小值。

3.主軸軸承的預(yù)緊及磨損情況分析

由于滾動(dòng)軸承內(nèi)部存在游隙，適當(dāng)預(yù)緊使各個(gè)滾動(dòng)體都承受一定的預(yù)負(fù)荷，參加工作的滾動(dòng)體數(shù)量增加，直徑略大的滾動(dòng)體變形較大，使直徑較小的滾動(dòng)體也承受載荷，從各個(gè)方向支承內(nèi)圈，故可以提高軸承的回轉(zhuǎn)精度、壽命和剛度[5-6]。SL50 型數(shù)控車(chē)床在主軸剛起動(dòng)時(shí)，箱體和軸承座還處于常溫狀態(tài)，直接受摩擦熱作用的滾動(dòng)體和內(nèi)外圈的溫升最快，內(nèi)部元件和外部元件的溫差最大，當(dāng)軸承各部分與箱體溫度相對(duì)穩(wěn)定后，預(yù)緊力達(dá)到最大值并趨于穩(wěn)定，實(shí)測(cè)表明，預(yù)緊力的工況最大值以達(dá)到裝配預(yù)緊力的 2 倍左右為宜。預(yù)緊力過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致軸承發(fā)熱劇烈，加速軸承的磨損。

SL50 型數(shù)控車(chē)床的主軸部件前支承為三個(gè)角接觸球軸承，前兩個(gè)軸承串聯(lián)，與第三個(gè)背靠背組配。通過(guò)計(jì)算這種組配其軸承預(yù)緊力應(yīng)不小于額定軸向載荷的四分之一，其次，這種高精密主軸前軸承允許溫升為 10℃，軸承生產(chǎn)廠商建議其應(yīng)預(yù)緊力可控制在（1100～1300）N，這樣可有效提升軸承的回轉(zhuǎn)精度。預(yù)緊力再增大，軸承溫升會(huì)增大，反而會(huì)降低回轉(zhuǎn)精度。SL50 型數(shù)控車(chē)床的主軸軸承為高精密角接觸球軸承，滾動(dòng)體與座圈采用高質(zhì)量的滾動(dòng)軸承鋼制造，具有很高的硬度 HRC（60～65），很高的加工精度和很低的表面粗糙度。該主軸軸承的接觸疲勞強(qiáng)度是足夠的，不會(huì)產(chǎn)生接觸疲勞磨損。軸承主要是由于磨粒磨損、粘著磨損和微動(dòng)磨損而導(dǎo)致軸承的回轉(zhuǎn)精度下降，直至精度失效，故這種軸承的壽命主要為精度壽命。

這種角接觸球軸承由于離心力和陀螺力矩的作用，滾動(dòng)體鋼球的自轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生微滑動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速越高或接觸角越大，微滑動(dòng)會(huì)越大。再者滾動(dòng)體鋼球與保持架是純滑動(dòng)接觸，二表面之間的相對(duì)滑動(dòng)摩擦，提高了軸承溫度，加大了軸承磨損。造成軸承磨損的因素是多方面的，多種因素作用下的軸承磨損更加難以預(yù)測(cè)的防止，軸承磨損使軸承的徑向游隙和軸向游隙增大，從而使主軸回轉(zhuǎn)精度降低。在跟綜了 SL50 型數(shù)控車(chē)床主軸的工作情況，主軸在工作10000 小時(shí)后，主軸回轉(zhuǎn)精度有一些下降，由于機(jī)床具有一定的精度儲(chǔ)備，故機(jī)床沒(méi)有超出允許的回轉(zhuǎn)誤差范圍；工作 15000 小時(shí)后，回轉(zhuǎn)精度繼續(xù)下降，比出廠時(shí)的誤差加大了 20%，少量用戶(hù)提出更換主軸軸承的要求；工作 20000 小時(shí)后，回轉(zhuǎn)精度有較大下降，比出廠時(shí)的誤差加大了 35%，部分用戶(hù)委托廠方或自行更換主軸軸承。究其原因，85%是由于主軸軸承磨損所致，軸承磨損量與主軸工作小時(shí)數(shù)幾乎成線(xiàn)性關(guān)系。

4.主軸回轉(zhuǎn)精度壽命的可靠度模型

主軸回轉(zhuǎn)精度可靠度 R（t）指主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差落在最大允許范圍內(nèi)的概率。

圖 2 主軸軸承的回轉(zhuǎn)精度壽命可靠度

由于主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差隨著時(shí)間 t 的增大而增大，使主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差的中心發(fā)生漂移，散度增大，可靠度下降。當(dāng)主軸工作了時(shí)間 t 后，主軸軸承的精度失效概率 F（t）=1-R（t）明顯比初始時(shí)間增大了，如圖 2 所示。且平均誤差與主軸工作時(shí)間成線(xiàn)性關(guān)系[9]。當(dāng)規(guī)定主軸軸承精度壽命可靠度的大小后，便可由式（1）反推出主軸軸承的精度壽命。

5.主軸回轉(zhuǎn)精度可靠度計(jì)算

以 SL50 型數(shù)控車(chē)床為例，主軸的誤差運(yùn)動(dòng)的 3 種基本形式：即純徑向誤差運(yùn)動(dòng)、軸向誤差運(yùn)動(dòng)和擺角誤差運(yùn)動(dòng)。這些基本形式很少獨(dú)立存在，往往是同時(shí)并存的。純徑向誤差運(yùn)動(dòng)和軸向誤差運(yùn)動(dòng)并存時(shí)的誤差運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為徑向誤差運(yùn)動(dòng)，它是指主軸回轉(zhuǎn)中心線(xiàn) O1-O1在某一指定位置垂直于其理想中心線(xiàn) O-O 線(xiàn)方向上的誤差運(yùn)動(dòng)。主軸徑向跳動(dòng)的測(cè)量位置，如圖 3 所示 SL50 型數(shù)控車(chē)床初始工作期間，主軸 a 點(diǎn)徑向跳動(dòng)均值為 0.006，均方差為0.0010；b 點(diǎn)：主軸徑向跳動(dòng)均值為 0.011，均方差為 0.0021。主軸工作 15 000 小時(shí)后，a 點(diǎn)：主軸徑向跳動(dòng)均值為 0.007，均方差為 0.0018；b 點(diǎn)：主軸徑向跳動(dòng)均值為 0.014，均方差為0.0035。主軸工作 20000 小時(shí)后，a 點(diǎn)：主軸徑向跳動(dòng)均值為0.008，均方差為 0.0021；b 點(diǎn)：主軸徑向跳動(dòng)均值為 0.016，均方差為 0.0043。a 點(diǎn)：主軸徑向跳動(dòng)允差為 0.010，b 點(diǎn)：主軸徑向跳動(dòng)允差為 0.020。

圖 3 主軸徑向跳動(dòng)的測(cè)量位置

軸向誤差運(yùn)動(dòng)和擺角誤差運(yùn)動(dòng)并存時(shí)的誤差運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為端面誤差運(yùn)動(dòng)，它是指回轉(zhuǎn)主軸的端面在規(guī)定的徑向位置上平行于理想回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)的方向上誤差運(yùn)動(dòng)。SL50 型數(shù)控車(chē)床初始工作期間，主軸中心軸向竄動(dòng)誤差均值為 0.006，均方差為 0.0010；d 點(diǎn)（距主軸回轉(zhuǎn)中心 125mm 處）：主軸卡盤(pán)端面跳動(dòng)誤差均值為0.011，均方差為 0.0020，如圖 4 所示。圖中：c 為回轉(zhuǎn)中心，卡盤(pán)上d 點(diǎn)的回轉(zhuǎn)半徑為 125mm主軸工作 15000 小時(shí)后，主軸中心 c 點(diǎn)：軸向竄動(dòng)誤差均值為 0.007，均方差為 0.0016；d 點(diǎn)：主軸卡盤(pán)端面跳動(dòng)誤差均值為0.014，均方差為 0.0036。主軸工作 20000 小時(shí)后，主軸中心 c 點(diǎn)：軸向竄動(dòng)誤差均值為 0.008，均方差為 0.0019；d 點(diǎn)：主軸卡盤(pán)端面跳動(dòng)誤差均值為 0.016，均方差為 0.0042。

圖 4 主軸軸向竄動(dòng)誤差和卡盤(pán)端面跳動(dòng)誤差的測(cè)量位置

主軸軸向竄動(dòng)誤差允差為 0.010，d 點(diǎn)：卡盤(pán)端面跳動(dòng)誤差允差為 0.020。主軸初始工作期間，由式（1）計(jì)算，a、b、c、d 四點(diǎn)的精度可靠度：Ra（0）=Rb（0）=RC（0）=Rd（0）≈1運(yùn)用可靠度的計(jì)算方法[10-11]，主軸工作 15000 小時(shí)后各點(diǎn)的精度可靠度：

通過(guò)上述計(jì)算分析，主軸工作 15000 小時(shí)后，各項(xiàng)誤差的均值和均方差均加大，離散度增大，說(shuō)明主軸軸承有一定的磨損，導(dǎo)致精度可靠度下降，但仍保持在 95%以上，該機(jī)床已不適宜加工一些重要的精密的零件。主軸工作 20000 小時(shí)后，主軸軸承磨損進(jìn)一步加劇，精度可靠度下降很多，該機(jī)床只能用于精度要求不高的加工，若想恢復(fù)精度，可考慮送回機(jī)床生產(chǎn)廠進(jìn)行大修，更換主軸軸承。

6.結(jié)論

主軸組件是數(shù)控機(jī)床的重要組成部件之一，它的精度壽命可靠度是數(shù)控機(jī)床的工作能力的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

（1）主軸軸承誤差是引起主軸回轉(zhuǎn)誤差運(yùn)動(dòng)的主要因素之一。

（2）通過(guò)控制這種高精密主軸軸承的預(yù)緊力，可有效提升軸承的回轉(zhuǎn)精度，降低軸承溫升。

（3）當(dāng)規(guī)定主軸軸承精度壽命可靠度的大小后，可反推出主軸軸承的精度壽命。

（4）主軸工作 15000 小時(shí)后，各項(xiàng)誤差的均值和均方差均加大，離散度增大，精度可靠度仍保持在 95%以上。

（5）主軸工作 20000 小時(shí)后，主軸軸承磨損導(dǎo)致精度可靠度下降到 82%，建議進(jìn)行更換主軸軸承的機(jī)床大修。

投稿箱：
如果您有機(jī)床行業(yè)、企業(yè)相關(guān)新聞稿件發(fā)表，或進(jìn)行資訊合作，歡迎聯(lián)系本網(wǎng)編輯部，郵箱：skjcsc@vip.sina.com

更多相關(guān)信息

名企推薦