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 作者：董斌
摘要: 某機床制造企業(yè)開發(fā)的新型高速數控車床廣泛應用于汽車行業(yè)和精密軸承行業(yè)的精密零件加工。在產品的試驗過程中，發(fā)現(xiàn)主軸運轉噪聲很大，嚴重影響機床精度，軸承的使用壽命也大大縮短。
通過對該產品的主軸結構和裝配過程進行分析，找出裝配精度超差的原因，并根據發(fā)現(xiàn)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、高速運動平穩(wěn)、所加工零件精度高，在市場占有率較高，是汽車行業(yè)和精密軸承行業(yè)加工精密零件的關鍵設備之一。其中主軸部件的裝配精度將直接影響機床的工作精度，從而影響零件的加工質量。一般要求主軸的徑向跳動和端面跳動都嚴格控制在 0. 005 mm 范圍內，只有合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，主軸前端采用雙列圓柱滾子軸承和雙列圓柱滾子軸承組合支撐，通過鎖定螺母調整軸承間隙。主軸后端采用雙列圓柱滾子軸承支撐,通過兩個鎖定螺母調整游隙。主軸端部短錐用于工裝夾具的定位，并通過端面鍵傳遞扭矩。主軸傳動通過多楔帶輪經花鍵法蘭盤傳遞到主軸，以消除帶輪對主軸的徑向張緊力，提高主軸剛度。
2、 裝配中的主要問題分析
由于在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要求，主軸運轉噪聲很大，嚴重影響機床精度，軸承的使用壽命也大大縮短。
通過對主軸裝配工藝的分析，發(fā)現(xiàn)兩個主要問題:
(1) 主軸軸承間隙的調整全憑經驗，沒有進行必要的測量，造成裝配結果不可控。
(2) 主軸裝配過程中沒有考慮主軸及軸承制造精度的誤差。
3、 主要解決措施
主軸結構圖如圖 2 所示。由于主軸軸承采用的是雙列短圓柱滾子軸承，該軸承內圈的內孔帶有錐度，它與主軸上的錐面相結合，其調整的最理想狀況為內圈隨著被漲大，把軸承外圈漲緊在短圓柱上，使它剛剛不因本身重力而下來，但又能靈活地轉動為止。根據故障分析，問題主要出現(xiàn)在主軸軸承隔套的調整方面。
圖 2 主軸結構圖
之前的調整方法是在調整隔套時，軸承安裝后漲緊程度全憑經驗，沒有進行必要的檢測，裝配的結果就是精度達不到要求。
改進后的裝配工藝方法如下:
(1) 清洗主軸軸承，并將清洗槽按粗洗和精洗分開。
(2) 測量各配合件尺寸并做記錄。主要測量主軸套筒前、后兩孔內徑尺寸，兩雙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合過盈量0. 005 mm。
(3) 檢查主軸前、后軸承 1 ∶ 12 錐面接觸情況，涂色檢查，要求接觸面不小于 75%，且靠近大端;旋上鎖定螺母，檢查螺母工作面，跳動在 0. 01 mm內。測出主軸前、后軸承 1 ∶ 12 錐面徑圓跳動最大的位置，并做標識，如圖 3 所示。
圖 3 主軸錐面圓跳動測量
(4) 測量軸承的外圈寬度D、F，主軸套筒內孔的深度H，隔套的寬度 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) 清洗主軸8，將雙列圓柱滾子軸承 3、隔套1、雙向推力角接觸球軸承5裝入主軸，然后裝入墊圈6，旋上鎖定螺母7，用勾頭扳手逐漸旋緊; 旋轉勾頭扳手的同時，用手托住雙列圓柱滾子軸承3的外圈，同時旋轉外圈繼續(xù)旋緊鎖定螺母 7，直至旋轉雙列圓柱滾子軸承3時有一定的受力，且松開手后軸承外圈不下墜; 同時測量漲緊后的雙列圓柱滾子軸承 3的外圈尺寸，通過與先前測量的軸承孔的尺寸比較，保證安裝到軸承孔后，過盈量為 0. 005 mm。
圖 4 主軸錐面圓跳動測量
(6) 用塊規(guī)測量主軸軸頸端面與軸承之間的間隙 H，圓周方向等分至少測量 4 個位置，取 4 次測量值的平均值，記下平均值。
(7) 修磨隔套 1，厚度尺寸比測量的 H 值的平均值小 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) 主軸與后端軸承的裝配。后端軸承的測量、調整、裝配方法與裝配前端軸承相同。旋上螺母，檢查螺母工作面，跳動在 0. 01 mm 內。按裝配前軸承的方法，調整好隔套 5，固定鎖定螺母 9、12。
(9) 按裝配圖組裝主軸上其他零件后，主軸套筒去毛刺、清洗，加熱至 80 ～ 85 ℃ ，主軸套筒大端向上垂直放置于圓周均布的幾塊高度相對一致墊塊上。將組裝后的主軸組件裝入主軸套筒，再裝入后軸承的外圈。在裝入過程中，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。只允許用銅棒輕輕敲擊，且圓周均勻受力。均勻交叉擰緊前端蓋 2 的安裝螺釘。
(10) 按裝配圖，順序安裝墊圈 10、雙列圓柱滾子軸承內圈 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。用手轉動軸承，使?jié)櫥鶆虻剡M入滾道面、保持架內徑部、各個球之間、引導面等各處。
(11) 組裝后的組件放倒在 V 形鐵上，預緊后軸承鎖定螺母 12，邊旋轉鎖定螺母邊旋轉主軸，直至雙列圓柱滾子軸承 11 的外圈處于漲緊狀態(tài)且外圈靠牢在臺階上，鎖緊鎖定螺母 12。
(12) 按裝配關系，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、后端鎖定螺母，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加力 1 000 N，軸向位移不超過 5 μm。
4 、結論
通過對主軸裝配工藝的改良，各項靜態(tài)精度滿足設計要求。實際運轉測試并通過應用后反饋的信息，主軸運轉良好、噪聲低，加工零件質量穩(wěn)定，機床精度保持性好。
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