機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)零件加工精度的影響

　　機(jī)床主軸是機(jī)床上的一個(gè)主要部件，由于機(jī)床主軸用于安裝刀具或工件，因此它是刀具或工件的相對(duì)位置基準(zhǔn)和運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)。機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)精度是機(jī)床的主要精度指標(biāo)之一，直接影響著被加工零件的加工精度及表面粗糙度。

　　機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差是一項(xiàng)綜合性的誤差，是主軸在回轉(zhuǎn)過程中實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于理論回轉(zhuǎn)軸線的漂移。機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差可以分為3種基本形式：主軸的純徑向跳動(dòng)、主軸的純軸向竄動(dòng)和純角度擺動(dòng)。

　　一般情況下，這3種基本形式的誤差是同時(shí)存在的，產(chǎn)生的加工誤差也是3種形式誤差影響的疊加。不同形式的主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響是不同的，同一形式的主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)于不同加工方法的影響也是不同的。下面主要分析主軸純徑向跳動(dòng)對(duì)零件加工的影響。

　　1 主軸純徑向跳動(dòng)產(chǎn)生的原因

　　主軸純徑向跳動(dòng)是指主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線繞平均軸線作平行的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

　　引起主軸純徑向跳動(dòng)的主要原因是主軸軸頸和軸承的精度誤差。機(jī)床上使用的軸承分為滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承兩類，軸承的類型不同，對(duì)純徑向跳動(dòng)的影響也是不同的。

　　1) 采用滑動(dòng)軸承對(duì)主軸純徑向跳動(dòng)的影響

　　采用滑動(dòng)軸承作支承時(shí)，主軸以其軸頸在軸承孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)。對(duì)于車床類機(jī)床，在加工過程中，主軸的受力方向是一定的，主軸軸頸被切削力壓向軸承孔表面的固定地方。這時(shí)主軸軸頸的不同部位和軸承孔內(nèi)的某一固定部位相接觸，所以軸頸的圓度誤差會(huì)使主軸回轉(zhuǎn)產(chǎn)生純徑向跳動(dòng)，而軸承孔的形狀誤差對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度的影響很小。對(duì)于鏜床類機(jī)床，作用在主軸上的切削力是隨鏜刀的旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動(dòng)的，軸頸上的某一固定部位與軸承孔表面的不同部位相接觸，因此軸承孔的圓度誤差會(huì)引起鏜床主軸的純徑向跳動(dòng)，而鏜床主軸軸頸形狀誤差對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度的影響不大。

　　2) 采用滾動(dòng)軸承對(duì)主軸純徑向跳動(dòng)的影響

　　主軸采用滾動(dòng)軸承作支承時(shí)，引起主軸純徑向跳動(dòng)的因素除了軸承本身的精度外，還與軸承相配合件的精度有關(guān)。

　　a. 滾動(dòng)軸承精度的影響

　　滾動(dòng)軸承外圈和內(nèi)圈的滾道形狀精度和位置精度對(duì)主軸純徑向跳動(dòng)的影響與滑動(dòng)軸承類似。如圖2 所示。車削時(shí)，內(nèi)圈滾道的精度影響較大；鏜削時(shí)，外圈滾道的精度影響較大。

　　(a)孔與滾道不同軸 (b) 滾道不圓

　　滾動(dòng)體的形狀誤差和尺寸的不一致會(huì)造成主軸的純徑向跳動(dòng)。當(dāng)直徑較大的滾動(dòng)體位于左邊時(shí)，會(huì)使內(nèi)圈右移，即主軸位置右移：相反，當(dāng)直徑較大的滾動(dòng)體位于右邊時(shí)，會(huì)使內(nèi)圈位置左移，即主軸位置左移。由于滾動(dòng)體保持架的轉(zhuǎn)速低于內(nèi)圈的轉(zhuǎn)速，因此，它所引起的純徑向跳動(dòng)頻率較低。

　　滾動(dòng)軸承的間隙對(duì)主軸的純徑向跳動(dòng)也是有影響的。設(shè)軸承的承載區(qū)在右邊，這時(shí)內(nèi)圈右移，當(dāng)一個(gè)滾動(dòng)體位于水平位置時(shí)，內(nèi)圈的右移量比滾動(dòng)體不在水平位置時(shí)的要小，使主軸產(chǎn)生純徑向跳動(dòng)，這種純徑向跳動(dòng)的頻率比內(nèi)圈的轉(zhuǎn)速要高得多。

　　b. 與滾動(dòng)軸承相配合件的影響

　　軸承內(nèi)圈是薄壁零件，受力后很容易變形，主軸軸頸的圓度誤差將導(dǎo)致內(nèi)圈變形而引起主軸的純徑向跳動(dòng)。同理，軸承外圈也是薄壁零件，裝到箱體孔中后，箱體孔的圓度誤差也將引起外圈滾道產(chǎn)生變形，引起主軸的純徑向跳動(dòng)。

　　2 主軸純徑向跳動(dòng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式

　　了便于研究主軸純徑向跳動(dòng)對(duì)零件加工精度的影響，假設(shè)在加工零件的過程中，機(jī)床主軸一方面以角速度w自轉(zhuǎn)，同時(shí)主軸瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸心又相對(duì)與平均軸心在兩個(gè)垂直方向(Y、Z坐標(biāo))上作簡諧振動(dòng)。建立慣性直角坐標(biāo)系(OXYZ)，O點(diǎn)為主軸的理想軸心位置， 再建立與主軸相固聯(lián)的直角動(dòng)坐標(biāo)系(O1WMN)，O1點(diǎn)為主軸的瞬時(shí)軸心位置。利用坐標(biāo)平移和旋轉(zhuǎn)后可得到兩個(gè)坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換關(guān)系 。

3 主軸純徑向跳動(dòng)對(duì)零件加工的影響

　　1) 對(duì)鏜削加工的影響

　　在鏜床上鏜孔時(shí)，鏜刀隨鏜床主軸一起作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)主軸作純徑向跳動(dòng)時(shí)，將使軸心線沿某一固定方向作簡諧運(yùn)動(dòng)。鏜出的孔形是由慣性坐標(biāo)系中鏜刀刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡所決定。設(shè)鏜刀刀尖在動(dòng)坐標(biāo)系的位置為：M=R，N=0，其中R為所加工孔的半徑。

　　2) 對(duì)車削加工的影響

　　在車床上加工外圓或鏜孔時(shí)，工件隨車床主軸一起作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此工件被加工表面的幾何形狀是由刀具在動(dòng)坐標(biāo)系中的相對(duì)軌跡決定的。設(shè)車刀刀尖在慣性坐標(biāo)系中的坐標(biāo)位置為Z=0，Y=-R。其中， R為加工半徑。

　　若取ρ1=R-Acosφ，ρ2=R-Acos(p+φ)，則D=ρ1+ρ2=2R， 說明此心臟線是一等徑曲線，即工件的橫截面幾何形狀無直徑誤差。

　　當(dāng)φ=0時(shí)，ρ=R-A，當(dāng)φ=π時(shí)，ρ=R+A。所以O(shè)1不是加工后工件端面的實(shí)際輪廓的中心，工件的實(shí)際輪廊中心與O1的距離為A。

　　因此可以得出結(jié)論：在車床上進(jìn)行內(nèi)外圓車削，主軸徑向跳動(dòng)主要影響加工件的同軸度誤差，對(duì)工件圓度誤差的影響可以忽略不計(jì)。

　　4 結(jié)論

　　通過對(duì)主軸純徑向跳動(dòng)的分析可以看出，主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)零件加工精度的影響很大。因此在機(jī)械加工中，應(yīng)采取有效措施減少主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)零件加工精度的影響。采取的措施可以從兩個(gè)方面來考慮。首先要提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。主軸軸承是影響主軸回轉(zhuǎn)精度的關(guān)鍵零件，對(duì)于精密機(jī)床可采用精密的滾動(dòng)軸承，也采用多油楔動(dòng)壓軸承和靜壓軸承。同時(shí)還要提高與軸承相配合零件的精度。其次要減少主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)零件加工的影響。可以采用運(yùn)動(dòng)和定位分離的主軸結(jié)構(gòu)，使工件在加工過程中的回轉(zhuǎn)精度不受機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差的影響，使主軸回轉(zhuǎn)誤差不反映到工件上．