主軸和軸座工藝研究

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1、 主軸和軸座工藝研究 1研究背景 主鋸是連續(xù)壓機生產(chǎn)線砂鋸工段中最核心的部件，主鋸將以高轉(zhuǎn)速3000r/min、深切削180mm、大進給250～350mm/min完成對人造板持久往復的大厚度、高效率鋸切，因此對其運動精度、結(jié)構(gòu)剛度、可靠性等要求較高。主軸和軸座是主鋸的兩大主關(guān)件，其與高精度的配對軸承組成固定端，與高剛性內(nèi)移式滾柱軸承組成浮動端。主軸和軸座以回轉(zhuǎn)中心為基準有一系列的精密形位要求，精度要求甚至在4級以上，成為工藝制定的重中之重。因此，有必要對主軸和軸座的加工工藝進行深入研究，以找出保證主軸和軸座加工質(zhì)量的最佳方法［1－3］。 2主軸精度的保證 主軸

2、結(jié)構(gòu)如圖1所示，主軸軸承擋、鋸片安裝外圓及大端面跳動度三項是設(shè)計主關(guān)項次，是主軸運動精度保證的目標。從工藝分析來看，獲得高精度的中心孔定位是實現(xiàn)各主關(guān)項次的保證。從質(zhì)量控制來看，正是這三項次的合格率較低導致了主軸質(zhì)量的不穩(wěn)定，下面對影響主軸加工精度的各因素進行分析。(1)中心孔定位是精密回轉(zhuǎn)類零件在磨床上常用的定位方式，磨制中心孔可獲得較高的形位精度，其同軸定位精度可達0.001mm。(2)中心孔主要分為角度型中心孔、窄邊型角度中心孔、球面中心孔等。角度型中心孔因與頂尖的接觸面積大而具有定位剛性高的優(yōu)點，但也因為接觸面大導致定位誤差較大，常用于重載零件的定位;窄邊型角度中心孔是角度型中心孔的延

3、伸，通過減少接觸面提高了定位精度，但剛性有所削弱，常用于精密零件定位;球面中心孔因定位為線接觸，降低了對中心孔的要求，但剛性較低，通常用于特殊場合的定位。主軸采用一端60中心孔定位、一端窄邊60倒角定位，這樣可同時滿足輕載和精度高的要求。(3)主軸的精度取決于中心孔的定位精度，中心孔不同軸也是主軸無法獲得高跳動形位精度的主要原因。從分析可以看出，其中心孔公共軸線同軸度算法為Hb/L，對主軸來說為中心孔長度b=6mm，工件長度L=300mm，如中心孔平行誤差H=1mm時，同軸度也只有61/300=0.02mm。看來影響并不大，但因為頂尖對中心孔只有局部定位，使得圓度、同軸度等形位公差大打折扣，而

4、且其形成的周期性誤差將成為以后主鋸振動的主要來源，既無法實現(xiàn)二次定位的統(tǒng)一，也使重復修復、第三方機下測量變得不可操作。所以通過研磨中心孔來提高其圓度和同軸度作為定位基準非常必要。(4)提高中心孔定位精度的措施如下:在車床上打中心孔應(yīng)盡量提高其同軸度，在車床上粗研、磨床上精研，使中心孔定位精度與磨床頂尖精度一致。(5)從工藝性來看，應(yīng)一次定位安排軸承擋、鋸片定位外圓及大端面一起磨出，實現(xiàn)基準的統(tǒng)一。(6)從測量方法上看，三座標測量是軸承擋對鋸片定位外圓“圓對圓”的方式，偏擺儀測量是軸承擋對鋸片定位外圓“公共軸線”的方式，所以三座標測量比偏擺儀測量更為嚴格。但通過中心孔研磨改變了原來大幅超差的狀況

5、，保證了主軸三座標法測量軸承擋與鋸片定位外圓及大端面不大于0.005跳動度的實現(xiàn)。(7)通過中心孔的研磨，實現(xiàn)了主軸精度的大幅度提高，通過這種精度冗余，在質(zhì)量控制上保證了主軸的形位精度。(8)在主軸的外協(xié)加工中常常無法同時保證三項精度的實現(xiàn)，通過研磨中心孔圓度和同軸度，即使在公司老舊的外圓磨上也可保證不大于0.005各主關(guān)項次的實現(xiàn)。 3軸座精度的保證 軸座結(jié)構(gòu)如圖2所示，其是主鋸的機架，是實現(xiàn)主鋸精度和剛度的基礎(chǔ)。軸座最重要的形位公差是軸承擋的圓柱度和相互的同軸度，其精度為0.006，相當于四級形位公差的軍工航天標準，工藝實現(xiàn)非常困難。設(shè)計上軸座經(jīng)歷了從兩端型向臺階型的工

6、藝改進，將原來的回轉(zhuǎn)鏜簡化為單向鏜;工藝上軸座也經(jīng)歷了從數(shù)控車床到加工中心的改變，以機床定位精度為切入點，提高了整個軸座的工藝性和加工精度。長期的工藝實踐表明，正是抓住了軸座的工藝性和機床精度這兩大關(guān)鍵因素，才保證了軸座同軸度在臥式加工中心的實現(xiàn)。(1)公共軸線同軸度的確立。在同軸度評價中有“孔對孔”和“公共軸線”兩種方式。以軸座為例，可以估算出其最小關(guān)系為46.5/150，約為1/3，同主軸一樣，孔對孔比公共軸線同軸度最小要求也提高為3倍，保證精度的難度和成本都將大幅提高。從主鋸的結(jié)構(gòu)上看，理想的主軸相當于軸座的公共軸線，所以用公共軸線評價軸座的同軸度更為經(jīng)濟合理。(2)機床回轉(zhuǎn)工作臺精度的

7、影響。在兩端型軸座軸承擋同軸度加工中心的加工中，同時需要工作臺回轉(zhuǎn)180和回位換刀，其主要誤差來自工作臺回轉(zhuǎn)180的B軸角度定位誤差、與回轉(zhuǎn)中心點的X軸線性定位誤差以及二次換刀返位后的X、Y軸定位誤差，這就需要超高精度的加工中心才能完成，為解決這一問題，在工藝上將雙端型軸座改為單向型軸座。(3)機床返位換刀精度的影響。在單向型軸座軸承擋孔同軸度加工中心的加工中，時常也有精度超差的情況，這是因為加工臺階孔需要換刀，二次返位換刀的定位精度直接影響了同軸度精度，其同軸誤差還是定位誤差的2倍。在機床定位精度未及時調(diào)整及累計下降時，將嚴重影響軸座高精度同軸度的實現(xiàn)。手工換刀法可彌補機床的這一缺陷，其是在

8、最后的軸承孔精鏜時不使用自動換刀而采用手動換刀，鎖定刀具的X、Y坐標不動，從而排除了X、Y軸定位精度的影響，保證了同軸度的精度。(4)機床Z軸軌跡精度的影響。加工中心上手工換刀雖然消除了X、Y軸定位精度的影響，但Z軸的軌跡精度影響依然存在，即前后軸承孔的Z軸加工軌跡不一致，只要存在Z軸直線誤差就會影響同軸精度的實現(xiàn)。在生產(chǎn)中可采用雙刀法解決這一問題，雙刀法就是一柄鏜排的前后配有兩把鏜刀，同時完成兩軸承擋上軸承孔的加工，同一Z軸加工軌跡避免了機床Z軸精度誤差的影響，進一步保證了“孔對孔”同軸精度的實現(xiàn)。(5)工藝分析表明，工作臺回轉(zhuǎn)精度和三軸定位精度是舊加工中心維修的主要目標，購置新加工中心時這

9、也是需要考慮的主要因素。(6)采用手工換刀法和雙刀法，即使在失去精度的老舊機床上也能保證0.006同軸度的實現(xiàn)。 4小結(jié) (1)主軸加工時，通過中心孔的同軸研磨可保證主軸各項形位誤差不大于0.005。(2)軸座加工時，通過在臥式加工中心上手工換刀可保證軸座0.006公共軸線同軸度的實現(xiàn)。 參考文獻: ［1］關(guān)曉平，李洪杰，王興博，等．數(shù)控裁板鋸切削主軸的可靠性分析［J］．林業(yè)機械與木工設(shè)備，2014(5):35－37． ［2］楊家武，劉夢龍．數(shù)控車床附加主軸設(shè)計及有限元分析［J］．森林工程，2015(3):63－66． ［3］吐爾洪?阿布都．多種熱磨機主軸組合的解剖分析及組合軸承間隙調(diào)整工藝研究［J］．林業(yè)機械與木工設(shè)備，2015(6):22－24． 4