機床加工精度與修復的探析

朱士更

濟寧市技師學院，山東 濟寧 272013

加工精度是衡量機床質量的重要標準，要提高主軸組件的精度，而加工精度主要受主軸的徑向和軸向的靜態和動態剛性及熱性能的影響。主要依靠各傳動件的加工精度和安裝準確性來保證。

1 主軸箱體孔的修復

主軸箱體孔磨損不太嚴重的，通常采用研磨和涂鍍的工藝方法來解決。對于磨損非常嚴重的主軸箱體，就必須采用換新來解決。換新的箱體孔，首先采用坐標鏜床調頭鏜削前、后軸承孔。放留研量需在0.005mm～0.01mm之間。

研磨棒采用可調式鑄鐵研磨棒。由于欲留研量甚少，不宜多加研磨劑。研磨時研磨棒微量軸向移動，并作整周沿同一方向旋轉，待幾何精度合格后，再用氧化鉻研磨膏精研。

2 主軸的修復

主軸磨損嚴重或發現裂紋，則應更新。主軸軸頸磨損超差，一般是采用鍍鉻法加大尺寸后，按軸承軸承內圈尺寸公差配磨修復。配磨時，用內徑百分表在標準量規的校準下測量出軸承內孔的實際尺寸公差。再將主軸恒溫4小時后，對其軸頸部分在恒溫條件下測量外徑尺寸，分別在上、中、下三個位置上進行測量數值，并取其平均值做好記錄。通過以上兩個數據便可計算出主軸軸頸的修磨量。

3 機床主軸的振動與平衡

導致機床主軸產生不平衡或振動原因，是由機床主軸表面凸凹不均而引起的，不平衡或振動位置和大小不容易確定，隨意性大。如何解決不平衡或振動？振動一般采取與軸的旋轉相同周期的辦法來識別得到解決。主軸不平衡一般采取調整質量的辦法，在主軸不平衡的方位上選擇兩個校正面加以消除。參照ISO平衡標準規定，分剛性軸動平衡和柔性軸動平衡，把轉速80%作為第一臨界，在以下的旋轉軸叫剛性軸，其平衡法命名剛性軸動平衡；在80%以上的轉速轉軸動平衡命柔剛性軸動平衡，或稱撓性軸動平衡。機床主軸幾乎完全在低于臨界轉速的范圍內旋轉，這就意味著工作轉速最高值都能明顯地在彎曲固有的一階頻率之下。機床主軸大多數是剛性軸動平衡，要保證機床主軸在所有工作轉速下都能平衡，必須認清在一定轉速下剛性軸動平衡的特征后才能得到保證。且撓性軸的動平衡如汽輪機轉子的動平衡一樣，則需要在整個轉速范圍內亦包括幾個臨界轉速下，把不平衡所引起的干擾力與振動減少到最低程度。

4 主軸軸承的潤滑

精密旋轉機械和高速的軸承潤滑是十分重要的，對于數控機床支承比其他通用機械制造用的支承更為重要，這一點設計潤滑時需使潤滑油膜完全隔開相對運動的表面。保證主軸軸承的完好，保持較長的使用壽命，減少摩擦，必須使油質清潔，不能有斷油現象。主軸軸承潤滑脂的選擇必須符合國家標準，常見的主軸軸承潤滑脂有鋰基潤滑脂、特種鋰基潤滑脂、鈣基潤滑脂和精密機床主軸潤滑脂等幾種。

定時更換，才能起到保護其相配表面作用，減少磨損。同時主軸組件的性能和精度以及使用壽命與主軸軸承的裝脂量有關，應盡量多些，不得少于容器的1/3。在高速運轉中，裝脂量不足必將導致所有接觸處滾道和滾動體完全隔開的事故，進而導致磨損加劇，使用壽命和支承的精度將受到嚴重的影響。裝脂量過多就會使溫升過高，軸承發熱，進而影響主軸支承的精度及壽命。最合適的裝脂量為軸承滾動體空間的1/3～2/3之間。

5 主軸軸承的預緊

對于精密機械特別是數控機床的主軸均應消除軸承的游隙，其目的是為了增加軸承組合的剛性，減少振動及噪聲，提高回轉精度，提高切削零件的表面質量。

當前，消除軸承的游隙通常是采用預緊的方法來實現。這種預緊方法被稱為定壓預緊，通常是這恒定不變的，沒有熱膨脹的預加負荷下進行；另一種預緊方法被稱為定位預緊，在相對位置不改變的情況下使用，并采用不同長度的內外圈預緊結構。剛性和旋轉精度受兩套軸承內、外環墊圈的厚度尺寸影響極大。所以根據給定其中一件的尺寸設計內、外環墊圈厚度大小，根據軸承內、外環端面的軸向名義尺寸差計算而另一件的厚度大小。

6 影響主軸組件精度的措施

首先采取減小箱體孔的同軸度和主軸箱軸頸的同軸度的辦法，再對敏感方向類主軸組件，可以利用前后軸承的外圈徑向跳動。使得前軸承外圈溝槽軸心線與后軸承外圈溝槽軸心線的相對偏移量變為Δ（即同軸度為2Δ）。

進行定向裝配主軸箱部件兩孔的同軸度誤差值為定量。對于旋轉敏感方向類主軸組件，則可用前后軸承的內圈徑向跳動（Kia）來校正同軸度誤差和主軸前后軸頸，使得裝配后（軸承內圈裝到主軸上），前后軸承內圈的偏移量將最小。

7 影響主軸組件精度的措施

采取減小軸承內圈或外圈的徑向跳動的辦法，無論是主軸遠端還是近端， 影響主軸組件的徑向跳動的主要因素有3個，一是主軸端部或主軸錐孔外錐面對前后支承軸頸的徑向跳動；二是后軸承的外圈跳動或內圈跳動；三是前軸承外圈的徑向或內圈跳動跳動。以上三個因素所引起的主軸組件的主軸遠端或近端軸線偏移量分別為δ1、δ2、δ3。一般情況下，δ1、δ2、δ3的值能構成三角形的三邊，通過合理的定向裝配使得δ=δ1+δ2+δ3=0。

8 影響主軸組件精度的措施

采取減小軸承內圈端面對滾道的跳動的方法，主軸周期性的軸向竄動是由軸承內圈端面對滾道的跳動（δia）所導致的。應盡量減小由δia而引起的主軸軸向竄動，特別是對由δia產生的軸向竄動要求很高的機床或由幾個軸承組成的一個支承。

9 影響主軸組件精度的措施

采取減小軸承內圈基準端面對內孔跳動及主軸軸肩端面跳動的方法，主軸軸肩軸承與內圈端面出現接觸不良的情況是軸承承受較大的軸向力造成的。通常采用主軸軸肩軸承與內圈端面的定向裝配的辦法，用主軸軸肩端面跳動的高點對接軸承內圈端面跳動的低點，主軸軸肩與軸承的接觸得到改善。遇到不能進行定向裝配的情況，常采用修磨隔套端面的辦法來完成。

主軸箱在修復或裝配完成后，必須嚴格按照試車規程進行試車。試車的主要目的是全面掌握主軸組件前后支承軸承在高速運轉時的溫升規律及主軸運轉時的工作性能。

[1]機械制造維修手冊.機械工業出版社.

[2]機修鉗工技師培訓教材.機械工業出版社.