關于數控機床主軸支承結構的探討

在數控機床中，不論是數控車床、鉆床還是銑床，其主軸是最關鍵的部件，對機床精度起著至關重要的作用。

主軸的結構與其需實現的功能關，加工及裝配的工藝性也是影響其形狀的因素。主軸端部的結構已標準化，主軸頭部的形狀手冊中已有規(guī)定。

機床主軸的定位形式一般有兩支承或三支承。以兩支承的數控銑床主軸為例進行介紹。

大部分機床主軸前端結構如圖1所示，重點討論主軸前支承部分。主軸前端支承是由3182100系列軸承和一個能承受雙向力的角接觸軸承構成。國外有很多數控機床主軸也采用這種結構。

該結構對技術力量較強的廠家來說，憑經驗進行合理的選配和調整，不會對精度產生太大的影響。但這種結構在設計上存在不妥之處，當前面的3182100系列軸承2需要預緊時，要靠擰緊螺母6來實現。在裝配前選配調整墊1時，因為主軸本身的加工等原因，很難使調整墊1正好符合3182100系列軸承的預緊力要求，因為當各件都裝上后，擰緊螺母6使3182100系列軸承開始預緊，但當軸承2的外端與調整墊1端面接觸時，因軸承位置已經靠死，螺母擰不動。若軸承2未達到應有的預緊力時，將會影響主軸的剛性和回轉精度

在軸承精度已選好，且工件加工情況也良好時，從理論上分析前后軸承的調整對主軸精度的影響，如果2所示。前后軸承最大徑向跳動位于同一平面，并在主軸軸線的同側。δ表示主軸前端檢驗處的徑向跳動，δ1表示前軸承的最大徑向跳動，δ2表示后軸承的最大徑向跳動，且δ＜δ1＜δ2，a為主軸前支承到檢驗處的距離，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位于同一平面，但在主軸軸線的兩側。主軸前端檢驗處的最大徑向跳動為δ′，且δ′＞δ1。

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

軸承的間隙是影響主軸回轉精度及剛度的重要因素。然而軸承在預緊過程中，若間隙過小，容易引起主軸軸承過熱；若間隙過大，又會影響回轉精度，所以用圖1所示的結構對軸承進行預緊時，很難將間隙一次性調好。如調不好，還要重新拆下軸承等相關的一些零件，再拿出調整墊1進行配磨。磨去多少合理，理論上無法算出，只能憑經驗。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，又可控制軸向移動量，因此調整控制比較方便。

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，螺紋孔和螺母端面的垂直度要求很高，因此難以加工。但在目前數控機床普及的情況下，切削螺紋的工序已經比較容易。這種結構在理論上是正確的，在實踐上是可行的。