序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了1篇的數(shù)控機(jī)床中支承方式的改進(jìn)設(shè)計(jì)研究樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。

主軸是數(shù)控車床最關(guān)鍵的的部位，對(duì)機(jī)床起著至關(guān)重要的作用[1-2]。由于刀具與工件之間產(chǎn)生周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)，數(shù)控車床的振動(dòng)不可避免，如果操作不當(dāng)，振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致振刀現(xiàn)象的發(fā)生[3]。筆者與某單位聯(lián)合開發(fā)的臥式數(shù)控車床，在切削螺紋和重切試驗(yàn)時(shí)就出現(xiàn)了“振刀”現(xiàn)象，我們深入一線，通過觀察、切削試驗(yàn)、裝配調(diào)整、查閱技術(shù)資料，最終找到了原因，對(duì)主軸結(jié)構(gòu)及滾動(dòng)支承方式進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，解決了存在的問題，為進(jìn)一步開發(fā)新產(chǎn)品積累了經(jīng)驗(yàn)、奠定了基礎(chǔ)。

1改進(jìn)前的主軸結(jié)構(gòu)及支承方式

改進(jìn)前主軸結(jié)構(gòu)及支承方式如圖1所示，車床主軸采用臥式布置。通過對(duì)車床多次切削加工、反復(fù)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)主軸結(jié)構(gòu)和支承方式存在三個(gè)問題：①安裝、維修和調(diào)整困難。由于主軸前端支承軸承5采用了97000型軸承，可承受軸向、徑向力的雙向作用，體積小的雙列圓錐滾子軸承，軸承的軸向、徑向精度由軸承中間隔套厚度來(lái)調(diào)整，在安裝前就必須準(zhǔn)確確定預(yù)緊力和中間隔套厚度，若主軸在安裝時(shí)，預(yù)緊力變化或工作運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)期，運(yùn)轉(zhuǎn)磨合及磨損后，需要再調(diào)整軸承間隙和精度，就必須將主軸6卸下，取出軸承5中間隔套來(lái)修磨厚度，造成機(jī)床主軸安裝和使用維修調(diào)整精度困難。②主軸穩(wěn)定性及位置度不易保證。由于主軸6采用兩支承結(jié)構(gòu)，主軸中心與箱體中心的位置度(即兩中心的重合度)，由前后5、2兩軸承保證，后支承軸承2，采用的是3182000型雙列圓柱滾子軸承，其位置度由軸承的間隙決定，又因軸承2內(nèi)孔為錐孔，轉(zhuǎn)動(dòng)螺母1，軸承2內(nèi)圈相對(duì)主軸6軸向移動(dòng)，靠膨脹變形，可適當(dāng)調(diào)整軸承間隙，提高位置度，安裝位置度好，但內(nèi)圈右端無(wú)限位，當(dāng)后端軸承軸向受力變化時(shí)，內(nèi)圈將有可能軸向移動(dòng)，影響主軸間隙，故穩(wěn)定性較差；前端雙列圓錐滾子支承軸承5，其內(nèi)圈的位置度由預(yù)緊力和間隙決定，預(yù)緊力小，軸承內(nèi)、外圈間隙大，軸承內(nèi)圈中心相對(duì)外圈中心易發(fā)生偏移，故主軸6的前端位置度不是由軸承5本身精度確定，而是由主軸6安裝后，調(diào)整預(yù)緊力確定，又由于大型主軸是臥式安裝，質(zhì)量重，主軸6在自重的作用下、向下偏移，存在安裝時(shí)位置度不易確定的問題，同時(shí)還存在，為提高主軸位置度而提高預(yù)緊力，導(dǎo)致軸承5易發(fā)熱的缺陷，故主軸6位置度，極不易保證。③容易劃傷配合面。由于齒輪3，前支承軸承5與主軸6結(jié)合面為圓柱面配合，配合面較嚴(yán)，存在主軸裝、拆困難，容易劃傷配合面；若放寬配合，結(jié)合面就會(huì)出現(xiàn)間隙并難以消除，轉(zhuǎn)速較高時(shí)，主軸容易產(chǎn)生振動(dòng)。綜合上述存在的問題，用戶使用一段時(shí)間后，會(huì)造成主軸軸承間隙變化，間隙變化產(chǎn)生振動(dòng)造成故障，這是出現(xiàn)切削螺紋振刀現(xiàn)象的主要原因，繼而影響加工精度與效率。為有效解決該問題，需要調(diào)整主軸前支承軸承間隙，調(diào)整軸承間隙需將主軸組件卸下取出軸承中間隔套，對(duì)中間隔套進(jìn)行配磨或更換，但因主軸體重，裝卸需要專用吊具，維修耗時(shí)長(zhǎng)，給維修調(diào)整造成困難。

2改進(jìn)后的主軸結(jié)構(gòu)及支承方式

經(jīng)過分析研究，對(duì)主軸支承方式進(jìn)行了如下改進(jìn)設(shè)計(jì)，采用了如圖2所示結(jié)構(gòu)。我們通過改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，并在應(yīng)用中得到驗(yàn)證，消除了振動(dòng)，達(dá)到良好的效果,現(xiàn)介紹如下：①軸承組合使用易于安裝、維修調(diào)整。將圖1主軸前支承97000雙列圓錐滾子軸承5，改為3182000型雙列向心圓柱滾子軸承15和8000型平面推力球軸承13的組合后，因徑向力和軸向力分別由兩種軸承各自承擔(dān)，兩方向的預(yù)緊力可單獨(dú)調(diào)整，互不干涉，有利于軸承調(diào)到最佳狀態(tài)，減少軸承發(fā)熱。②主軸穩(wěn)定性及位置度得到保證。主軸17前后兩處徑向支承軸承8、15均采用3182000型雙列圓柱滾子軸承，故兩處的位置度即由軸承8、15的精度和間隙決定，不受重力影響，便于安裝，又因8、15軸承內(nèi)圈為錐孔，間隙調(diào)整不用取下軸承，靠旋轉(zhuǎn)螺母7、11調(diào)整內(nèi)圈相對(duì)主軸軸向位置，膨脹內(nèi)圈，調(diào)整徑向間隙，螺母16，螺紋套9，在兩軸承間隙調(diào)好后，可鎖定軸承8、15內(nèi)圈軸向位置，保持軸承間隙，不受外力影響，同時(shí)在維修時(shí)，旋轉(zhuǎn)螺母16，螺紋套9向軸承方向移動(dòng)，即可方便卸下軸承8、15，故主軸17的安裝、拆卸、軸承間隙調(diào)整方便，且軸承精度保持性好。③主軸錐面配合效果好。將圖1中的軸承5，齒輪3與主軸6的圓柱面配合，改為圖2中的軸承8、15，齒輪10與主軸17的錐面配合，便于定心、安裝和拆卸，且有利于保護(hù)定位面。對(duì)主軸進(jìn)行有限元分析優(yōu)化，在保證剛性的情況下，加大了主軸的內(nèi)孔徑，通過直徑由100mm變?yōu)?15mm，實(shí)現(xiàn)了主軸的輕量化，降低了重量，節(jié)省了材料，方便了維護(hù)。

3結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過改進(jìn)設(shè)計(jì)并進(jìn)行試驗(yàn)后，達(dá)到了預(yù)期的效果，工廠使用良好。通過改進(jìn)設(shè)計(jì)，我們也積累了一些經(jīng)驗(yàn)。針對(duì)大型車床主軸，其特點(diǎn)是質(zhì)量重、裝卸不易，因此選擇設(shè)計(jì)主軸結(jié)構(gòu)及支承方式時(shí)，必須注意以下四點(diǎn)：①對(duì)于臥式結(jié)構(gòu)主軸其位置度要由軸承來(lái)保證，安裝后不用調(diào)整，不受自重影響。②軸與裝在軸上的零件要便于裝卸、測(cè)量、維修，有利于保護(hù)配合面，具有良好的工藝性和維修性。③徑向軸承、軸向軸承組合使用，可分別預(yù)緊調(diào)整，精度保持性要好，且不用拆卸，能隨時(shí)方便的調(diào)整軸承間隙。④在軸的支承方面，盡量采用兩點(diǎn)支承，采用三點(diǎn)支承，并且輔助支承點(diǎn)要靠近受力處，其中輔助支承軸承與配合要保留適當(dāng)間隙，避免三點(diǎn)支承因不同軸而造成主軸別勁，引起軸承損壞和主軸振動(dòng)。車床的用途不同，工作條件不同，車床主軸結(jié)構(gòu)及支承方案就不同，主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及支承方式的選擇，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際具體問題具體分析。

作者:郝利軍 王曉光 單位: 安陽(yáng)學(xué)院 安陽(yáng)市汽車電控重點(diǎn)試驗(yàn)室