主轴组件对精密设备加工精度的影响分析

隋恩锡

中图分类号：G718 文献标识码：B文章编号：1672-1578（2016）06-0381-01

精密机床的精密性主要靠机床的主运动和进给运动来保证，而衡量机床质量则主要包括机床的切削能力和加工精度这两方面。加工精度是衡量机床质量的关键因素，主轴的径向和轴向的静态、动态刚性以及热性能来决定加工精度，而滚动轴承的精度以及其他主轴组件精度又决定了主轴的径向和轴向的运转精度，因此主轴组件的精度直接影响了机床的精密性。

1.影响主轴组件精度的因素

1.1 主轴箱体孔的同轴度及主轴前后支持轴颈的同轴度。箱体孔的不同轴容易引起轴承外圈轴线与主轴组件轴线间产生安装偏角，轴承内外圈轴线产生夹角将会导致主轴在转动时发生角度摆动，使工件在加工时产生圆柱度误差。轴承内外圈互相发生倾斜，会使钢球与轴承内外圈的接触点发生变化，产生内外圈的相对位移，致使主轴组件在旋转时轴向和径向刚度发生周期性变化。主轴组件因为在工作状态受到综合载荷的作用，加工工件将会产生圆度误差和波纹度。

1.2 轴承内、外圈跳动对主轴组件精度的影响。向心球轴承有两种受力情况，对于车床、铣床以及磨床类主轴，向心球轴承用于切削力方向不随主轴旋转而旋转的主轴，就是说固定敏感方向，由于外圈滚道的受力区域是固定的，所以对主轴旋转精度最大的是内圈。而对于镗床类主轴，切削力方向随主轴旋转而旋转，由于轴承内圈滚道受力区域是固定的，对主轴旋转影响最大的是轴承的外圈。

1.3 轴承的端面跳动和主轴轴肩跳动。轴承内圈端面对滚道的跳动反映了滚道的侧摆，当轴承外圈固定后，轴承内圈的轴向窜动，与轴承内圈套在一起的主轴随之产生轴向窜动。当一个主轴的支承是由多个轴承组配而成时，主轴的轴向窜动是由所有轴承共同作用的结果。主轴轴肩的端面跳动将直接影响轴承内圈端面与主轴轴肩或隔套的接触情况，当轴向力作用于轴承内圈时，轴承内圈将产生倾斜，轴承内圈与主轴配合较紧，且螺母的锁紧使轴颈和轴肩产生张力，导致主轴产生弯曲变形引起主轴端部轴线偏斜。

2.提高主轴组件精度的措施，通过各传动件的加工精度以及安装精确性来提高主轴组件的精度

2.1 对主轴箱体孔的修复，当主轴箱体孔磨损不严重时，可采取涂镀和研磨等工艺措施来修复。磨损严重失去修复价值的箱体必须更换，对更换的新箱体孔采用坐标镗床调头镗削前、后轴承孔，预留0.005-0.01mm的研磨量。

2.2 对主轴的修复，当主轴轴颈磨损超差时通常采取镀铬的方法增加轴颈尺寸，再按轴承内圈尺寸公差进行配磨修复，当主轴出现裂纹或磨损严重时则需要更换新主轴。配磨时需先将主轴恒温4小时，在恒温条件下测量轴颈外径尺寸，需测量上中下三个位置的数值，取平均值做记录。用标准量规校准内径百分表，然后测量出轴承内孔的实际尺寸公差。通过上述两个数据计算出主轴轴颈的修磨量，按修磨量在在恒温条件小配磨轴颈外径尺寸，与轴承内圈配合的过盈量为0.01-0.016mm。

2.3 主轴的动平衡，机床主轴质量的不均衡引起的不平衡量大小和位置是任意的，会导致机床主轴产生不平衡振动。消除在主轴不平衡的方位上选择两个校正面，利用调整质量的办法使其达到平衡的目的。

2.4 主轴轴承的润滑，精美和高速旋转设备的轴承润滑十分重要，特别是在设计润滑时需使润滑油膜完全隔开相对运动的表面，这对数控机床更为重要，因为油质不清洁或短时间的断油都有可能造成主轴轴承的损坏。现代数控机床主轴轴承大多采用润滑脂润滑，含有抗氧化剂和缓蚀添加剂，具有良好的氧化安定性、胶体安定性和低温性。轴承的装脂量也将影响主轴组件的精度、性能及使用寿命，实践验证比较理想的装脂量为轴承滚动体空间的30%-40%。

2.5 主轴轴承的预紧，为了提高回转精度，增加轴承组合的刚性，提高加工零件的表面质量，减少振动和噪音，对精美机床特别是数控机床的主轴都应该消除轴承的游隙。目前通常采取预紧的方法来消除轴承的游隙，一般采取定压预紧和定位预紧两种方法。

总之，提高了主轴组件的精度对提高精密机床的精密性以及其加工精度是至关重要的，而正确合理地采取提高主轴组件的精度措施也是保障精密设备加工精度的关键。