兩點支撐主軸裝配工藝淺析

連改紅，孔亞軍

（寶雞機床集團有限公司，陜西寶雞721000）

0 引 言

兩點支撐的主軸結構廣泛應用于小型車削機床，由于其結構簡單緊湊、易于裝配，長期以來其結構型式并未發生大的變化。而隨著車削機床在加工行業的廣泛應用，用戶對機床性能的要求在不斷變化，有的要求主軸實現高速旋轉，有的則要求主軸能夠承載更大的切削力。為滿足用戶對機床性能的需求，主要可以通過對機床主軸的裝配工藝不斷進行優化改進來實現。本文主要以兩點支撐的主軸結構為例，討論高速和大切削力兩種不同性能要求時主軸裝配工藝的調整和應用。

1 主軸結構分析

如圖1所示，兩點支撐的主軸結構前端用圓柱滾子軸承，主要承受徑向的切削力，通過配磨前配磨墊2的厚度，控制圓柱滾子軸承10內圈上錐的深度，以撐內圈的辦法消除滾道與滾珠間的徑向間隙；后端用雙列角接觸球軸承7，其主要承受軸向切削力，雙列角接觸球軸承面對面安裝，軸肩定位，消除主軸軸向竄動；后配磨墊8主要固定主軸軸向位置，調整前配磨墊2和前法蘭3迷宮環的間隙。

2 前后軸承裝配誤差分析

如圖2和圖3所示：CC是理論主軸錐孔軸線；SS是裝配誤差導致主軸錐孔偏移的軸線。主軸裝配工藝的關鍵環節是主軸軸承的裝配，主軸的前軸承的裝配誤差相較于后軸承對機床整體的精度影響更大，原因分析如下：

1）當只考慮前軸承裝配誤差時，

2）當只考慮后軸承裝配誤差時，

式中：L1為前后軸承跨距，mm；L2為檢棒300 mm處距前軸承的距離，mm；e差為距主軸端面A處錐孔軸線跳動，mm；e前為前軸承裝配誤差，mm；e后為后軸承裝配誤差，mm。

由式（1）和式（2）可以看出，相同的裝配誤差（即e前=e后），式（1）中主軸端面A處錐孔軸線跳動e差要大于式（2）。所以設計時前軸承的精度等級不僅要高于后軸承，而且軸承裝配時也要嚴格控制前軸承的裝配誤差，以便減小裝配誤差對主軸精度的影響。

3 主軸裝配工藝性分析

主軸前端圓柱滾子軸承和后端雙列角接觸球軸承的裝配，是整個裝配操作中的關鍵步驟，根據機床轉速的高低、負荷的輕重等技術要求，軸承的安裝方法也應相應作出調整：1）低轉速、重負載時，裝配工藝應著重提高主軸剛度，故前后軸承裝配應該施加一定的預緊量，這樣裝配的機床熱機時間短，大負荷工作時主軸的精度保持性好。2）高轉速、低負載時，裝配工藝應著重追求主軸旋轉的輕便，盡量降低空運轉載荷。這樣裝配的機床在長時間工作后，軸承溫升膨脹后也能保證空運轉載荷變化不大，能很好地滿足機床主軸高速旋轉的要求。

4 兩點支撐主軸裝配工藝編制

4.1 低轉速、重負載的主軸裝配工藝編制

按照主軸結構分析，低轉速、重負載的機型，主軸裝配工藝可做如下編制：

1）主軸頭朝下豎直放置，前端圓柱滾子軸承竄裝到主軸上，圓柱滾子軸承內圈與主軸錐面配合緊密，給內圈不斷施加軸向壓力，同時用手上下推動軸承外圈，感覺軸承外圈移動開始由輕松自由變成有阻滯感時，停止給內圈施加壓力，這時認為軸承內外圈滾道與滾子之間間隙為0。

2）水平放置主軸，用量塊測量軸承內圈端面與主軸肩面距離A1。

3）將軸承內圈從主軸上退下，外圈平放在工作臺上，測量軸承外圈滾道直孔，一般測量3次取平均值L1，再將軸承外圈裝入箱體孔內，再次測量軸承外圈滾道直徑L2，兩次測量之差為孔縮量ΔL，即ΔL= L1- L2。

4）前配磨墊配磨厚度應為

A= A1+δ（ΔL-a）。

式中：δ為主軸錐面的錐度比（δ=tanα，α是斜面與主軸軸線的夾角）；ΔL為孔縮量，mm；a為軸承滾子預緊量，mm；A1為軸承內圈端面與主軸肩面距離，mm。

5）前配磨墊厚度確定后開始配磨，一般要求平磨至要求尺寸±0.005 mm，保證平面度0.005 mm，兩面的平行度保證在0.005 mm以內。

6）按照圖樣要求裝配前軸承，緊固前端精密圓螺母，直至前端配磨墊端面與主軸完全貼緊。

7）面對面安裝主軸后端的雙列角接觸球軸承，測量軸承外圈與箱體端面的距離，一般該測量值需加上0.04～0.06 mm的壓緊量，配車后法蘭臺階。

8）配磨后配磨墊，保證主軸端面與箱體前端距離，緊固后端精密圓螺母。

上述主軸前軸承配墊方法，充分考慮了主軸徑向負載能力，極大地提高了主軸剛度，同時也因為前軸承裝配時考慮了孔縮量，為前軸承提前施加了徑向的預緊量，所以主軸的轉速不能過高，一般控制在1500 r/min以內，否則，當主軸轉速過高時前軸承會過度發熱并產生一定的熱脹量，軸承容易磨損或發生抱死現象。總之，上述裝配工藝適用于主軸要求轉速不高，可承受大負載的機型。

4.2 高轉速、輕負載的主軸裝配工藝編制

高轉速、輕負載機型的主軸裝配，應重點要求主軸裝配后旋轉輕盈，剛性滿足設計要求，故裝配工藝可作如下調整：

1）主軸頭朝下豎直放置，前端圓錐滾子軸承竄裝到主軸上，圓錐滾子軸承內圈與主軸錐面配合緊密，給內圈不斷施加壓力，同時用手上下推動軸承外圈，感覺軸承外圈開始由輕松自由移動變成有阻滯感時，停止給內圈施加壓力，這時認為軸承內外圈與滾子之間間隙為0。用千分尺測量圓錐滾子軸承外圈直徑L1。

2）水平放置主軸，用量塊測量前配磨墊安裝位置的間隙A1。

3）根據軸承外圈尺寸L1選配箱體，保證軸承安裝孔與軸承外圈之間保持一定的過盈量，一般過盈量控制在0～0.01 mm之間，主軸轉速越高，過盈量越小。

3）根據測量值A1配磨前配磨墊厚度，一般要求配磨至要求尺寸±0.005 mm，保證平面度0.005 mm，兩面的平行度保證在0.005 mm以內。

4）按照圖樣要求裝配前軸承，緊固前端精密圓螺母，直至前端配磨墊端面與主軸完全貼緊。

5）面對面安裝主軸后端的雙列角接觸球軸承，測量軸承外圈與箱體端面的距離，一般該測量值需加上0.04～0.06 mm的壓緊量，配車后法蘭臺階。

6）配磨后配磨墊，保證主軸端面與箱體前端距離，緊固后端精密圓螺母。

改進后的工藝在前端圓柱滾子軸承裝配時，不給軸承滾子提前施加徑向預緊力，選配箱體的裝配方法可以減少孔縮量對軸承外圈滾道圓度的影響，防止軸承外圈與孔配合過緊，這樣裝配的主軸旋轉靈活，主軸軸承旋轉溫升產生的熱脹量可以進一步提高主軸的剛度。所以，該裝配方法可以滿足主軸高轉速、輕負載工作的需求。

5 結 語

本文對兩點支撐主軸的結構特點進行了分析，并根據低轉速、重負載和高轉速、輕負載兩種不同需求，給出了兩種裝配方法，在實際操作中可以起到指導作用。