關(guān)于數(shù)控機(jī)床主軸支承結(jié)構(gòu)的探討

在數(shù)控機(jī)床中，不論是數(shù)控車床、鉆床還是銑床，其主軸是最關(guān)鍵的部件，對機(jī)床精度起著至關(guān)重要的作用。

主軸的結(jié)構(gòu)與其需實(shí)現(xiàn)的功能關(guān)，加工及裝配的工藝性也是影響其形狀的因素。主軸端部的結(jié)構(gòu)已標(biāo)準(zhǔn)化，主軸頭部的形狀手冊中已有規(guī)定。

機(jī)床主軸的定位形式一般有兩支承或三支承。以兩支承的數(shù)控銑床主軸為例進(jìn)行介紹。

大部分機(jī)床主軸前端結(jié)構(gòu)如圖1所示，重點(diǎn)討論主軸前支承部分。主軸前端支承是由3182100系列軸承和一個(gè)能承受雙向力的角接觸軸承構(gòu)成。國外有很多數(shù)控機(jī)床主軸也采用這種結(jié)構(gòu)。

該結(jié)構(gòu)對技術(shù)力量較強(qiáng)的廠家來說，憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行合理的選配和調(diào)整，不會(huì)對精度產(chǎn)生太大的影響。但這種結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上存在不妥之處，當(dāng)前面的3182100系列軸承2需要預(yù)緊時(shí)，要靠擰緊螺母6來實(shí)現(xiàn)。在裝配前選配調(diào)整墊1時(shí)，因?yàn)橹鬏S本身的加工等原因，很難使調(diào)整墊1正好符合3182100系列軸承的預(yù)緊力要求，因?yàn)楫?dāng)各件都裝上后，擰緊螺母6使3182100系列軸承開始預(yù)緊，但當(dāng)軸承2的外端與調(diào)整墊1端面接觸時(shí)，因軸承位置已經(jīng)靠死，螺母擰不動(dòng)。若軸承2未達(dá)到應(yīng)有的預(yù)緊力時(shí)，將會(huì)影響主軸的剛性和回轉(zhuǎn)精度

在軸承精度已選好，且工件加工情況也良好時(shí)，從理論上分析前后軸承的調(diào)整對主軸精度的影響，如果2所示。前后軸承最大徑向跳動(dòng)位于同一平面，并在主軸軸線的同側(cè)。δ表示主軸前端檢驗(yàn)處的徑向跳動(dòng)，δ1表示前軸承的最大徑向跳動(dòng)，δ2表示后軸承的最大徑向跳動(dòng)，且δ＜δ1＜δ2，a為主軸前支承到檢驗(yàn)處的距離，L為主軸前后支承之間的距離。

另一種情況，如圖3所示，前后支承的最大跳動(dòng)位于同一平面，但在主軸軸線的兩側(cè)。主軸前端檢驗(yàn)處的最大徑向跳動(dòng)為δ′，且δ′＞δ1。

比較兩種情況可以得出以下結(jié)論：δ＜δ′，表明若使主軸前端檢驗(yàn)處徑向跳動(dòng)最小，應(yīng)使其滿足圖1的條件，而應(yīng)避免圖3所示的情況。對圖1所示的前支承調(diào)整環(huán)節(jié)來說，要達(dá)到圖2所示的情況是比較困難的。

軸承的間隙是影響主軸回轉(zhuǎn)精度及剛度的重要因素。然而軸承在預(yù)緊過程中，若間隙過小，容易引起主軸軸承過熱；若間隙過大，又會(huì)影響回轉(zhuǎn)精度，所以用圖1所示的結(jié)構(gòu)對軸承進(jìn)行預(yù)緊時(shí)，很難將間隙一次性調(diào)好。如調(diào)不好，還要重新拆下軸承等相關(guān)的一些零件，再拿出調(diào)整墊1進(jìn)行配磨。磨去多少合理，理論上無法算出，只能憑經(jīng)驗(yàn)。這樣既煩瑣，又難以保證效果。

如果將主軸前支承的定位方式改為圖4所示。以螺母1進(jìn)行軸向定位，墊片2起防松作用。在加工中若稍有位置偏差，也可通過墊片1使之與軸承3的端面均勻接觸。由此可見，螺母1既是軸向定位基準(zhǔn)，又可控制軸向移動(dòng)量，因此調(diào)整控制比較方便。

在過去，這種定位方式較難推廣，其主要原因在于主軸上切削螺紋時(shí)，螺紋孔和螺母端面的垂直度要求很高，因此難以加工。但在目前數(shù)控機(jī)床普及的情況下，切削螺紋的工序已經(jīng)比較容易。這種結(jié)構(gòu)在理論上是正確的，在實(shí)踐上是可行的。