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东莞车床维修主轴加工设计要点与工艺措施


轴加工的主要题目是如何保证主轴支承轴颈的尺寸、外形、位置精度和表面粗糙度,主轴前端内、外锥面的外形精度、表面粗糙度以及它们对支承轴颈的位置精度。

主轴支承轴颈的尺寸精度、外形精度以及表面粗糙度要求,可以采用精密磨削方法保证。磨削前应进步精基准的精度。

保证主轴前端内、外锥面的外形精度、表面粗糙度同样应采用精密磨削的方法。为了保证外锥面相对支承轴颈的位置精度,以及支承轴颈之间的位置精度,通常采用组合磨削法,在一次装夹中加工这些表面。机床上有两个独立的砂轮架,精磨在两个工位上进行,工位Ⅰ精磨前、后轴颈锥面,工位Ⅱ用角度成形砂轮,磨削主轴前端支承面和短锥面。

主轴锥孔相对于支承轴颈的位置精度是靠采用支承轴颈A、B作为定位基准,而让被加工主轴装夹在磨床工作台上加工来保证。以支承轴颈作为定位基准加工内锥面,符合基准重合原则。在精磨前端锥孔之前,应使作为定位基准的支承轴颈A、B达到一定的精度。主轴锥孔的磨削一般采用专用夹具,夹具由底座、支架及浮动夹头三部分组成,两个支架固定在底座上,作为工件定位基准面的两段轴颈放在支架的两个V形块上,V形块镶有硬质合金,以进步耐磨性,并减少对工件轴颈的划痕,工件的中心高应正好即是磨头砂轮轴的中心高,否则将会使锥孔母线呈双曲线,影响内锥孔的接触精度。后真个浮动卡头用锥柄装在磨床主轴的锥孔内,工件尾端插于弹性套内,用弹簧将浮动卡头外壳连同工件向左拉,通过钢球压向镶有硬质合金的锥柄端面,限制工件的轴向窜动。采用这种联接方式,可以保证工件支承轴颈的定位精度不受内圆磨床主轴回转误差的影响,也可减少机床本身振动对加工质量的影响。

主轴外圆表面的加工,应该以顶尖孔作为同一的定位基准。但在主轴的加工过程中,随着通孔的加工,作为定位基准面的中心孔消失,工艺上常采用带有中心孔的锥堵塞到主轴两端孔中,让锥堵的顶尖孔起附加定位基准的作用。

主轴设计的主要内容

一、主轴部件应满足的基本要求

(1) 旋转精度 主轴的旋转精度是指装配后,在无载荷、低速转动条件下,在安装工件或刀具的主轴部位的径向和端面圆跳动。

旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔等的制造、装配和调整精度。如主轴支承轴颈的圆度,轴承滚道及滚子的圆度,主轴及随其回转零件的动平衡等因素,均可造成径向圆跳动;轴承支承端面,主轴轴肩及相关零件端面对主轴回转中心线的垂直度误差,止推轴承的滚道及滚动体误差等将造成主轴端面圆跳动;主轴主要顶心面(如车床主轴端的定心短锥孔和前端内锥孔)径向圆跳动和端面圆跳动。

对于通用机床和数控机床的旋转精度,国家已经有统一的规定,详见各类机床的精度检验标准。

(2) 刚度 主轴部件的刚度是指其在外加载荷的作用下抵抗变形的能力,通常以主轴前端产生单位位移的弹性变形时,在位移方向上所施加的作用力来定义。

主轴部件的刚度是综合刚度,它是主轴、轴承等刚度的综合反映。因此,主轴的尺寸和形状、轴承的类型和数量、预紧和配置形式、传动件的布置方式、主轴部件的制造和装配质量等都影响主轴部件的刚度。

主轴静刚度不足对加工精度和机床性能有直接的影响,并会影响主轴部件中的齿轮、轴承的正常工作,降低工作性能和寿命,影响机床抗振性,容易引起切削颤振,降低加工质量。目前,对主轴部件尚无统一的刚度标准。

(3) 抗振性 主轴部件的抗振性是指抗振受迫振动和自激振动的能力。在切削过程中,主轴部件不仅受静态力的作用,同时也受冲击力和交变力的大小的干扰,使主轴产生振动。冲击力和交变力是由材料硬度不均匀、加工余量的变化、主轴部件不平衡、轴承或齿轮存在缺陷以及切削过程中的颤振等引起的。主轴部件的振动会直接影响工件的表面加工质量,刀具的使用寿命,产生噪声。

(4) 升温和热变形 主轴部件运转时,因各相对运动处的摩擦生热,切削区的切削热等使主轴部件的温度升高,形状尺寸和位置发生变化,造成主轴部件的所谓热变形。主轴的热变形可引起轴承间隙的变化,润滑油温度升高后会使黏度降低,这些变化都会影响主轴部件的工作性能,降低加工精度。因此,各种类型的机床对温度的升高都有一定的限制。如高精度机床,连续运转下的允许温升为8-10℃,精密机床15-20℃,普通机床30-40℃。

(5) 精度保持性 主轴部件的精度保持性是指长期的保持其原始的制造精度的能力。主轴部件丧失其原始精度的主要原因是磨损。如主轴轴承、主轴轴颈表面、装夹工件或刀具的定位表面的磨损。磨损的速度与摩擦的种类有关,与结构特点、表面光洁度、材料的热处理方式、润滑、防护及使用条件等许多因素有关。所以要长期保持主轴部件的精度,必须提高其耐磨性。

二、主轴部件的传动方式

主轴部件的传动方式主要有齿轮传动、带传动、电动机直接驱动等。主轴传动方式的选择,主要取决于主轴的转速、所传递的转矩、对运动平衡性的要求以及结构紧凑、装卸维修方便等要求。

(1) 齿轮传动 齿轮传动的特点是结构简单、紧凑,能传递较大的转矩,能适应变特速、变载荷工作,应用最广泛。它的缺点是线速度不能过高,通常小于12-15m/s,不如带传动平稳。

(2) 带传动 由于各种新的材料以及新型带传动的出现,带传动日益广泛。常用的有平带、v带、多楔带和同步齿形带等。带传动的特点是靠摩擦力的传动(除同步齿形带外)、结构简单、制造容易、成本低,特别适用于中心距较大的两轴间传动。带有弹性,可吸振,传动平稳,噪声小,适宜高速传动。带传动在过载中会打滑,能起到过载保护作用。缺点是有滑动,不能用在速比要求准确的场合。

(3) 电动机直接驱动方式 如果主轴转速不算太高,采用普通异步电动机直接带动主轴,如平面磨床的砂轮主轴。如果转速很高,可将主轴与电动机制成一体的,成为主轴单元,电动机转子轴就是主轴,电动机座就是机床主轴单元的壳体。主轴单元大大简化了结构,有效地提高了主轴部件的刚度,降低了噪声和振动;有较宽的调速范围;有较大的驱动功率和转矩;便于组织专业化生产。因此广泛地用于精密机床、高速加工中心和数控车床中。

三、东莞车床主轴部件的结构设计

(1)主轴部件的支承数目

多数机床的主轴采用前、后两个支承。典型的两支承方式,这种方式结构简单,制造装配方便,容易保证精度。为提高主轴部件的刚度,前后支承应消除间隙或预紧。

在三支承主轴部件中,采用前、中支承为主要支承的较多。

(2)推力轴承位置配置形式

推力轴承在主轴前后支承的配置形式,影响主轴轴向刚度和主轴热变形的方向和大小。为使主轴具有足够的轴向刚度和轴向位置精度,并尽量简化结构,应适当的配置推力轴承的位置。

(3)主轴传动件位置的合理配合

传动件在主轴上轴向位置的合理布置 合理布置传动件在主轴的轴向位置,可以改善主轴的受力情况,提高主轴的抗振性。合理布置的原则是传动力q引起的主轴弯曲变形要。灰鹬髦崆爸岫嗽谟跋旒庸ぞ让舾蟹较蛏系奈灰埔。因此主轴上的传动件轴向布置时,应尽量靠近前支承,有多个传动件时,其中最的大传动件应靠近前支承。

驱动主轴的传动轴位置的合理布置 主轴受到驱动力q相对于切削力p的方向,取决于驱动主轴的传动轴的位置。应尽可能将该驱动轴布置在合适的位置,使驱动力引起的主轴变形可抵消一部分因切削力引起的主轴轴端精度敏感方向上的位移。

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