【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的制造精度和裝配、調(diào)整精度；運(yùn)動(dòng)精度還取決于主軸的轉(zhuǎn)速、軸承的性能和潤(rùn)滑以及主軸部件的動(dòng)態(tài)特性。各類通用機(jī)床主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度已在機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)中作了規(guī)定，專用機(jī)床主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度則根據(jù)工件精度要求確定。 剛度主軸組件的剛度K是指其在承受外載荷時(shí)抵抗變形的能力，如圖22所示，即K=F/y（單位為N/m），剛度的倒數(shù)y/F稱為柔度。主軸組件的剛度，是主軸、軸承和支承座的剛度的綜合反映，它直接影響主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度。顯然，主軸組件的剛度越高，主 圖21 主軸的旋轉(zhuǎn)誤差軸受力后的變形就越小，如若剛度不足，在加工精度方面，主軸前端彈性變形直接影響著工件的精度；在傳動(dòng)質(zhì)量方面，主軸的彎曲變形將惡化傳動(dòng)齒輪的嚙合狀況，并使軸承產(chǎn)生側(cè)邊壓力，從而使這些零件的磨損加劇，壽命縮短；在工件平穩(wěn)性方面，將使主軸在變化的切削力和傳動(dòng)力等作用下，產(chǎn)生過(guò)大的受迫振動(dòng)，并容易引起切削自激振動(dòng)，降低了工件的平穩(wěn)性。圖22 主軸組件靜剛度主軸組件的剛度是綜合剛度，影響主軸組件剛度的因素很多，主要有：主軸的結(jié)構(gòu)尺寸、軸承的類型及其配置型式、軸承的間隙大小、傳動(dòng)件的布置方式、主軸組件的制造與裝配質(zhì)量等。 抗振性主軸組件的抗振性是指其抵抗受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)而保持平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的能力。在切削過(guò)程中，主軸組件不僅受靜載荷的作用，同時(shí)也受沖擊載荷和交變載荷的作用，使主軸產(chǎn)生振動(dòng)。如果主軸組件的抗振性差，工作時(shí)容易產(chǎn)生振動(dòng)，從而影響工件的表面質(zhì)量，降低刀具的耐用度和主軸軸承的壽命，還會(huì)產(chǎn)生噪聲影響工作環(huán)境。隨著機(jī)床向高精度、高效率方向發(fā)展，對(duì)抗振性要求越來(lái)越高。評(píng)價(jià)主軸組件的抗振性，主要考慮其抵抗受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)能力的大小。 抵抗受迫振動(dòng)的能力主軸組件受迫振動(dòng)的干擾力，主要包括由于主軸上旋轉(zhuǎn)零件（主軸、傳動(dòng)件和所裝的工件或刀具等）的偏心質(zhì)量而產(chǎn)生的離心力，傳動(dòng)件運(yùn)動(dòng)速度不均勻而產(chǎn)生的慣性力，以及斷續(xù)切削產(chǎn)生的周期性變化的切削力。由于這些干擾力，引起主軸并帶著刀具或工件一起振動(dòng)，而在加工表面上留下振紋，使工件表面粗糙度提高。根據(jù)所設(shè)計(jì)的機(jī)床加工表面粗糙度的要求，確定主軸前端的允許振幅，然后計(jì)算或測(cè)定主軸組件在各種動(dòng)態(tài)干擾力的作用下，其前端的振幅，并同允許值比較，評(píng)價(jià)是否滿足要求。在單獨(dú)分析主軸組件時(shí)，只能求得主軸前端在切削部位的絕對(duì)振幅，它只能部分地反映刀具和工件之間的相對(duì)振幅。兩者關(guān)系與激振頻率有關(guān)，目前主要由試驗(yàn)來(lái)確定。此外，主軸組件的低階固有頻率與振型也是其抗振性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，低階固有頻率應(yīng)高些，并遠(yuǎn)離激振頻率；主軸振型的節(jié)點(diǎn)應(yīng)靠近切削部位。 抵抗切削自激振動(dòng)的能力金屬切削加工時(shí)，雖然沒(méi)有外界動(dòng)態(tài)干擾力的作用，但由于機(jī)床—工件—刀具彈性系統(tǒng)振動(dòng)對(duì)切削過(guò)程的反饋?zhàn)饔?，刀具與工件之間發(fā)生了周期性的強(qiáng)烈的相對(duì)振動(dòng)，稱為切削自激振動(dòng)，簡(jiǎn)稱為顫振。顫振將使加工表面質(zhì)量惡化，甚至使切削過(guò)程無(wú)法繼續(xù)下去，從而不得不降低切削用量來(lái)避免之，所以機(jī)床的切削用量極限往往不是由機(jī)床的功率來(lái)決定，而是由加工時(shí)發(fā)生顫振的條件來(lái)決定。機(jī)床切削時(shí)，從沒(méi)有顫振到顫振的產(chǎn)生之間存在著明顯的界限，這個(gè)界限即是穩(wěn)定性的極限，或稱為機(jī)床穩(wěn)定性的條件。對(duì)現(xiàn)有機(jī)床的試驗(yàn)表明，切削自振頻率往往接近于主軸組件彎曲振動(dòng)的低階固有頻率。即主軸組件是顫振的主振部分，它的低階彎曲振動(dòng)模態(tài)是決定機(jī)床抵抗切削自振能力的主要模態(tài)。因此，在單獨(dú)分析主軸組件時(shí)，可以認(rèn)為主軸前端在切削部位激振點(diǎn)動(dòng)柔度（在主振方向）的最大負(fù)實(shí)部，反映了主軸組件抵抗切削自振的能力。對(duì)于粗加工機(jī)床，切削寬度大，切削自振的可能性大，但加工表面質(zhì)量要求不高，可主要考慮不產(chǎn)生顫振的條件。對(duì)于精密機(jī)床，切削用量小，切削自振的可能性小，但允許的振幅小，可主要考慮抵抗受迫振動(dòng)的能力。對(duì)于高速機(jī)床，因?yàn)榧ふ窳Φ念l率和幅值均隨著轉(zhuǎn)速提高而劇增，受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)都比較突出。因此，在設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)高速機(jī)床時(shí)，自激和受迫振動(dòng)均應(yīng)考慮。 溫升和熱變形主軸組件工作時(shí)因各種相對(duì)運(yùn)動(dòng)處的摩擦和攪油等而發(fā)熱，產(chǎn)生了溫升，溫升使主軸組件的形狀和位置發(fā)生畸變，稱為熱變形。熱變形應(yīng)以主軸組件運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后各部分位置的變化來(lái)度量。主軸組件溫升和熱變形，使機(jī)床各部件間相對(duì)位置精度遭到破壞，影響工件加工精度，高精度機(jī)床尤為嚴(yán)重；熱變形造成主軸彎曲，使傳動(dòng)齒輪和軸承的工作狀態(tài)變壞；熱變形還使主軸和軸承，軸承與支承座之間已調(diào)整好的間隙和配合發(fā)生變化，影響軸承正常工作，間隙過(guò)小將加速齒輪和軸承等零件的磨損，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生軸承抱軸現(xiàn)象。影響主軸組件溫升、熱變形的主要因素有：軸承的類型和布置方式，軸承間隙及預(yù)緊力的大小，潤(rùn)滑方式和散熱條件等。目前，對(duì)各種類型機(jī)床連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下的允許溫升都有一定的規(guī)定。 耐磨性主軸組件的耐磨性是指長(zhǎng)期保持其原始精度的能力，即精度的保持性。因此，主軸組件各個(gè)滑動(dòng)表面，包括主軸端部定位面、錐孔，與滑動(dòng)軸承配合的軸頸表面，移動(dòng)式主軸套筒外圓表面等，都必須具有很高的硬度，以保證其耐磨性。為了提高主軸組件的耐磨性，應(yīng)該正確地選用主軸和滑動(dòng)軸承的材料及熱處理方法、潤(rùn)滑方式，合理調(diào)整軸承間隙，良好的潤(rùn)滑和可靠的密封。 其他主軸組件除應(yīng)保證上述基本要求外，還應(yīng)滿足下列要求：（1）主軸的定位可靠。主軸在切削力和傳動(dòng)力的作用下，應(yīng)有可靠的徑向和軸向定位，使主軸在工作時(shí)受到的切削力和傳動(dòng)力通過(guò)軸承可靠地傳至箱體等基礎(chǔ)零件上。（2）主軸前端結(jié)構(gòu)應(yīng)保證工件或刀具裝卡可靠，并有足夠的定位精度。（3）結(jié)構(gòu)工藝好。在保證好用的基礎(chǔ)上，盡可能地做到好造、好裝、好拆及好修，并盡可能降低主軸組件的成本。 主軸組件的布局主軸組件的設(shè)計(jì)，必須保證滿足上述的基本要求，從而從全局出發(fā)，考慮主軸組件的布局。機(jī)床主軸有前、后兩個(gè)支承和前、中、后三個(gè)支承兩種，以前者較多見(jiàn)。兩支承主軸軸承的配置型式，包括主軸軸承的選型、組合以及布置，主要根據(jù)對(duì)所設(shè)計(jì)主軸組件在轉(zhuǎn)速、承載能力、剛度以及精度等方面的要求，并考慮軸承的供應(yīng)、經(jīng)濟(jì)性等具體情況，加以確定。在選擇時(shí)，具體有以下要求： 適應(yīng)剛度和承載能力的要求主軸軸承選型應(yīng)滿足所要求的剛度和承載能力。徑向載荷較大時(shí)，可選用滾子軸承；較小時(shí)，可選用球軸承。雙列滾動(dòng)軸承的徑向剛度和承載能力，比單列的大。同一支承中采用多個(gè)軸承的支承剛度和承載能力，比采用單個(gè)軸承的大。一般來(lái)說(shuō)，前支承的剛度，應(yīng)比后支承的大。因?yàn)榍爸С袆偠葘?duì)主軸組件剛度的影響要比后支承的大。表21所示為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承的比較：表21 滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承的比較基本要求滾動(dòng)軸承滑 動(dòng) 軸 承動(dòng)壓軸承靜壓軸承旋轉(zhuǎn)精度精度一般或較差。可在無(wú)隙或預(yù)加載荷下工作。精度也可以很高，但制造困難單油楔軸承一般，多油楔軸承較高可以很高剛 度僅與軸承型號(hào)有關(guān)，與轉(zhuǎn)速、載荷無(wú)關(guān)，預(yù)緊后可提高一些隨轉(zhuǎn)速和載荷升高而增大與節(jié)流形式有關(guān)，與載荷轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)承載能力一般為恒定值，高速時(shí)受材料疲勞強(qiáng)度限制隨轉(zhuǎn)速增加而增加，高速時(shí)受溫升限制與油腔相對(duì)壓差有關(guān)，不計(jì)動(dòng)壓效應(yīng)時(shí)與速度無(wú)關(guān)抗振性能不好，阻尼系數(shù)D=較好，阻尼系數(shù)D=很好，阻尼系數(shù)D=速度性能高速受疲勞強(qiáng)度和離心力限制，低中速性能較好中高速性能較好。低速時(shí)形不成油漠，無(wú)承載能力適應(yīng)于各種轉(zhuǎn)速摩擦功耗一般較小，潤(rùn)滑調(diào)整不當(dāng)時(shí)則較大f=～較小f=～本身功耗小，但有相當(dāng)大的泵功耗f=～噪 聲較大無(wú)噪聲本身無(wú)噪聲，泵有噪聲壽 命受疲勞強(qiáng)度限制在不頻繁啟動(dòng)時(shí)，壽命較長(zhǎng)本身壽命無(wú)限，但供油系統(tǒng)的壽命有限 適應(yīng)轉(zhuǎn)速要求由于結(jié)構(gòu)和制造方面的原因，不同型號(hào)和規(guī)格的軸承所允許的最高轉(zhuǎn)速是不同的。軸承的規(guī)格越大，精度等級(jí)越低，允許的最高轉(zhuǎn)速越低。在承受徑向載荷的軸承當(dāng)中，圓柱滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速，比圓錐滾子軸承的高。在承受軸向載荷的軸承當(dāng)中，向心推力軸承的極限轉(zhuǎn)速最