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关于数控机床主轴支承结构的探讨

  聊城轴承协会网   2月15日   讯)在数控机床中,不论是数控车床、钻床还是铣床,其主轴是最关键的部件,对机床精度起着至关重要的作用。

  主轴的结构与其需实现的功能关,加工及装配的工艺性也是影响其形状的因素。主轴端部的结构已标准化,主轴头部的形状手册中已有规定。

  机床主轴的定位形式一般有两支承或三支承。以两支承的数控铣床主轴为例进行介绍。

  大部分机床主轴前端结构,重点讨论主轴前支承部分。主轴前端支承是由3182100系列轴承和一个能承受双向力的角接触轴承构成。国外有很多数控机床主轴也采用这种结构。

  该结构对技术力量较强的厂家来说,凭经验进行合理的选配和调整,不会对精度产生太大的影响。但这种结构在设计上存在不妥之处,当前面的3182100系列轴承2需要预紧时,要靠拧紧螺母6来实现。在装配前选配调整垫1时,因为主轴本身的加工等原因,很难使调整垫1正好符合3182100系列轴承的预紧力要求,因为当各件都装上后,拧紧螺母6使3182100系列轴承开始预紧,但当轴承2的外端与调整垫1端面接触时,因轴承位置已经靠死,螺母拧不动。若轴承2未达到应有的预紧力时,将会影响主轴的刚性和回转精度。

  在轴承精度已选好,且工件加工情况也良好时,从理论上分析前后轴承的调整对主轴精度的影响。前后轴承最大径向跳动位于同一平面,并在主轴轴线的同侧。δ表示主轴前端检验处的径向跳动,δ1表示前轴承的最大径向跳动,δ2表示后轴承的最大径向跳动,且δ<δ1<δ2,a为主轴前支承到检验处的距离,L为主轴前后支承之间的距离。

  另一种情况,前后支承的最大跳动位于同一平面,但在主轴轴线的两侧。主轴前端检验处的最大径向跳动为δ′,且δ′>δ1。

  轴承的间隙是影响主轴回转精度及刚度的重要因素。然而轴承在预紧过程中,若间隙过小,容易引起主轴轴承过热;若间隙过大,又会影响回转精度,所以用1所示的结构对轴承进行预紧时,很难将间隙一次性调好。如调不好,还要重新拆下轴承等相关的一些零件,再拿出调整垫1进行配磨。磨去多少合理,理论上无法算出,只能凭经验。这样既烦琐,又难以保证效果。

  如果将主轴前支承的定位方式改为图4所示。以螺母1进行轴向定位,垫片2起防松作用。在加工中若稍有位置偏差,也可通过垫片1使之与轴承3的端面均匀接触。由此可见,螺母1既是轴向定位基准,又可控制轴向移动量,因此调整控制比较方便。

  在过去,这种定位方式较难推广,其主要原因在于主轴上切削螺纹时,螺纹孔和螺母端面的垂直度要求很高,因此难以加工。但在目前数控机床普及的情况下,切削螺纹的工序已经比较容易。这种结构在理论上是正确的,在实践上是可行的。

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