主軸箱部件分析計算及工藝保障措施

張大鵬

（齊重數控裝備股份有限公司 黑龍江齊齊哈爾 161000）

主軸箱部件分析計算及工藝保障措施

張大鵬

（齊重數控裝備股份有限公司 黑龍江齊齊哈爾 161000）

對于重型數控車床而言，主軸箱無疑是其最為關鍵的傳動裝置，其質量將直接關系到精度、抗震性及使用壽命都有很大的影響。主軸箱的靜態和動態性能是決定整機性能的重要因素。了解主軸箱結構的振動特性，如固有頻率和振型等，能避免在使用中因振動造成的危害，為主軸箱結構的改進、優化打下一個良好的基礎。

重型數控車床；主軸箱；靜力分析；模態分析

前言

伴隨科技的持續進步，生產力水平不斷提高，當前社會對于機械產品不論是在質量、性能還是效率等一系列角度的要求也在不斷提升。主軸箱身為封閉箱體，其內部通過筋板串聯在一起。主軸箱對于整個車床而言非常重要，其主要作用是用來布置車床的主軸和一系列的傳動零件等，其內部包括了主軸、軸承以及置于主軸上的一系列傳動和密封件。其質量的優劣將會對整個數控車床作業的精密度產生相當顯著的影響。本文主要針對重型數控車床主軸箱進行研究。

1 主軸箱受力分析及校核計算

1.1 受力分析

已知電機功率P=200kW，轉速400～1600r/min，取系統傳動效率0.8，則：主軸最大轉矩T=308437.6Nm。

1.2 校核計算

1.2.1 齒面接觸疲勞強度校核

試驗齒輪的接觸疲勞極限應力σHlim=1160MPa，接觸強度計算的壽命系數ZN=1.3，潤滑油膜影響系數ZLVR=0.9，工作硬化系數ZW=1.1，尺寸計算系數ZX=1，最小安全因數SHlim=1.3。使用系數KA=1.1，動載系數KV=1.01，齒向載荷分配系數KHβ=1，齒間載荷分配系數KHα=1，節點區域系數ZH=2.35，彈性系數 ZE=189.8，重合度及螺旋角系數 Zαβ=0.75。因為 σH＜σHP，滿足。

1.2.2 齒根彎曲疲勞強度校核

齒輪材料抗彎疲勞強度基本值σFE=720MPa，壽命系數YN=1，相對齒根圓角敏感系數YSrelT=1，相對齒根表面狀況系數YRrelT=1，抗彎強度計算的尺寸系數Yx=1，抗彎強度最小安全系數SFmin=1.4。使用系數KA=1.1，動載系數 KV=1.01，齒向載荷分配系數 KFβ=1，齒間載荷分配系數 KFα=1，負荷齒型系數 YFs=4，重合度及螺旋角系數 Yεβ=0.44。因為 σF＜σFP，所以安全。

2 主軸箱單元工藝保障措施

主軸箱體、主軸均為機床的超大、精密零件，其精度與穩定性，均直接影響機床的整體精度。為保證其精度與穩定性，工藝提出具體控制方法如下：

2.1 機加過程控制

2.1.1 精度穩定處理

為保證主軸箱精度在使用過程中，能持續穩定，在加工該主軸箱過程中，嚴格采用粗、半精、精加工分開的工藝原則，在毛坯、粗加工、半精加工、精加工中的間過程，合理安排時效處理的工藝手段，消除零件內部的殘余應力，以達到床身精度指標穩定的目的。即在毛坯階段進行一次熱時效，消除鑄造的應力，在粗加工后進行一次熱時效，消除粗加工帶來的應力變形，在半精加工后，進行一次振動時效，并在以上時效后，再增加三個月的自然時效工序，然后再進行精加工，確保零件的使用精度可以持續穩定。

2.1.2 精度保證工藝措施

主軸箱的主軸孔是本機床回轉精度的基礎，為控制此關鍵精度，采用精密落地銑鏜床，配置精密平旋盤，對其進行精加工的工藝方法，嚴格保證這個重要孔的圓柱度和粗糙度。

2.1.3 主軸

該零件是控制零件回轉精度的關鍵所在。其中，前后軸徑1：12錐面及端臺為精密軸承安裝面，其錐度和粗糙度以及兩個錐面的同軸度、端面的平面度與垂直度將直接影響軸承的安裝精度。工藝上采用精密外圓磨床，對這些重要表面進行加工，并以軸承套圈為基準進行配磨的方法，嚴格控制了以上各項精度。

2.2 裝配和調整

2.2.1 主軸箱、尾座的裝配調整

主軸軸承的預緊調整，采用直立懸垂脫落法，調整主軸前后軸承的游隙處于最佳值。

2.2.2 采用自身加工修配法，完成主軸頂尖錐孔的加工

設計專用自磨機，由主軸自驅動，完成主軸錐孔的精密加工，抵消了零件加工、裝配給主軸錐孔帶來的誤差。保證了主軸錐孔軸線端徑跳的高精度。

3 結束語

本文主要對主軸箱的主軸進行受力分析計算，通過計算可知主軸最大轉矩，并對相應主軸上的齒輪實施一系列的校核，通過計算結果保證其強度能夠達到對應的強度需求。同時提出對主軸箱單元的工藝保障措施，保證精度。

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2016-3-26