數控車床主軸錐孔徑向跳動檢測實驗教學綜述

吳亞蘭 ，李 慶

(安徽機電職業技術學院,安徽 蕪湖 241000)

1 引言

實踐教學在加深學生對理論知識理解的同時還能提高學生實際動手能力和對理論知識的綜合、靈活應用，是職業教育的重要組成部分。《數控機床精度檢測》是數控設備應用與維護相關專業的一門專業實踐課程，課程主要知識教學目標是通過實際動手掌握常用檢具的使用方法和誤差測量方法，同時通過對超差原因的分析和調整使學生更進一步理解數控機床的結構。

在機床加工過程中影響加工精度的原因有很多，數控車床的主軸錐孔徑向跳動是其中一個重要因素，因此在主軸加工、機床驗收和檢修時都會對該項目進行檢測。

2 實驗實施條件

2.1 安全教育

為保證實驗過程中學生的人身安全和設備安全，實驗之前對實驗室的規章制度、數控車床操作規程和工量具、檢具的使用注意事項進行學習，提高實訓過程中的安全意識和職業素養、規范操作。

2.2 數控車床基本操作

由于檢測在數控車床進行涉及到有關機床的操作，因此在檢測之前會對數控車床的基本操作進行示范講解和練習，包括開關機、機床回參考點、數控車床坐標軸以及正負方向的判斷、手動和手搖方式移動機床刀架等。

2.3 常用檢具介紹

對檢具的概念，檢具的設計和加工精度要求，并對常用檢具的類型，使用方法和使用注意事項進行了介紹

3 實驗目標

(1)認識車床檢測常用的檢具及其安裝和使用方法。

(2)通過分析項目超差和調整方法，掌握數控車床的基本結構。

(3)掌握數控車床的基本操作。

4 實驗方法與步驟

4.1 方法

實驗實施過程采用“任務引領、學生主體、能力本位”的教學課程體系。教師發布學習任務即檢測項目，根據項目名稱引導學生分析，找到被測對象，確定被測特征、分析其檢測方法，需要的檢具和檢測方法，教師總結提出注意事項，學生動手檢測并記錄。

項目名稱:主軸錐孔的徑向跳動。允許誤差：靠近主軸端：0.01。距離主軸端300 mm處： 0.02。

4．2 實驗具體步驟

4.2.1 確定主軸錐孔軸線的徑向跳動對加工質量的影響

利用學校現有圖書、機床使用說明書、網絡等資源查找相關資料，確定項目的檢測意義。主軸錐孔主要使用在兩頂尖裝夾時，其內部裝入頂尖，配合雞心夾頭帶動零件旋轉，此時若主軸錐孔存在徑向跳動將影響被加工零件的：圓度、加工表面與中心孔的同軸度、多次裝夾時對加工出的各表面的同軸度，工件表面粗糙度等。

4.2.2 分析數控車床主軸部分的組成，并通過現場觀察確定被測要素的位置

通過項目名稱確定其被測對象為主軸錐孔，是主軸的內部結構，為明確被測對象的周邊相關零件對其影響，需分析主軸部件結構。數控車床主軸部件結構如圖1所示，分析圖紙確定主軸主要通過兩端的軸承固定安裝在機床本體上，被測表面主軸錐孔位于主軸9的最右端內表面。

通過現場觀察機床找到主軸錐孔位置，分析討論其檢測方法，提出孔為內表面不方便檢測和讀數，討論解決方法——將內表面轉化為外表面。

轉化原理：用莫氏錐柄檢棒，錐端與主軸錐孔配合，圓柱端作為被測表面。由于檢棒其本身制造精度較高，誤差很小，因此將其誤差忽略不計，假定其是理想狀態，即檢棒圓錐端和圓柱端同軸度沒有誤差，同時其被測端的圓柱度也沒有誤差。在此情況檢棒被測圓柱面的徑向跳動即可反映錐孔的徑向跳動。

1—同步帶輪，2—帶輪，3、7、8、10、11—螺母，4—主軸脈沖發生器，5—螺釘；

6—支架，9—主軸，12—角接觸球軸承，13—前端蓋，14—前支承套，15—圓柱滾子軸承。

圖1數控車床主軸部件結構

4.2.3 理解被測特征的概念

確定其公差帶的形狀、大小，結合實際檢測項目確定公差帶的方向和位置。 通過對項目名稱的分析，確定其被測特征為跳動，通過查找相關資料確定跳動公差的定義、分類、公差帶的有關知識。

跳動是通過其測量方法定義的公差特征項目，對于回轉體的徑向圓跳動公差是指其某一圓截面相對與其軸線回轉時的最大跳動量，即測得的最大值與最小值之間的差值。其公差帶位于垂直于回轉體軸線的平面內，且圓心在基準軸線上的兩個同心圓之間的區域，同心圓的半徑差為公差值t， 公差帶圖如圖2所示。

圖2 徑向圓跳動公差帶

4.2.4 根據前兩步的分析內容初步提出其檢測方法和所用檢具并畫出檢測示意簡圖

4.2.4.1 實驗設備和工具

數控車床、莫氏錐柄檢棒、磁力表座、千分表、無塵布。

4.2.4.2 檢測示意簡圖

檢測示意見圖3。

圖3檢測示意

4.2.4.3 實驗方法步驟

(1)將主軸錐孔內部和檢棒擦拭干凈，將檢棒裝入錐孔；檢棒安裝標準為轉動檢棒能帶動主軸轉動，轉動主軸能帶動檢棒轉動，即兩者無相對轉動和位移。

(2)將磁力表座吸在刀架上，調節杠桿到合適位置裝上千分表。

(3)在靠近主軸端使千分表觸頭與圓柱表面垂直接觸，通過移動機床觀察千分表的讀數找出垂直平面內的最高點。

(4)轉動主軸使之帶動檢棒轉動，在其轉動過程讀取千分表的最大值與最小值之差，即為所測的徑向跳動誤差。

(5)在靠近主軸端部取三個點測量三次，取平均值，為a點的徑向跳動誤差。

(6)移動機床至b點，轉動主軸使之帶動檢棒轉動，讀數并記錄，測量三次取平均值。

4.2.4.4 注意事項

(1)檢具屬精密器具應輕拿輕放，在裝入主軸錐孔時不宜大力沖擊。

(2)千分表固定在磁力表座的夾持架上時要平穩安放，以免測量結果不準確或摔壞百分表。

(3)千分表的滾珠所在的測桿必須與被測工件保持垂直，否則將產生較大的測量誤差。

5 超差調整方法

5.1 影響主軸錐孔徑向跳動的因素

影響主軸錐孔徑向跳動的主要因素是與主軸成聯接裝配關系零件的加工和裝配精度，包括機床本體(主要是軸承孔)、軸承和主軸本身。

(1)機床本體主軸殼體前后軸承孔的同軸度誤差，圓度誤差、圓柱度誤差和位置度誤差等。

(2)軸承的精度：最重要的是軸承內圈表面的圓度誤差、表面粗糙度誤差以及滾動體的尺寸誤差。

(3)主軸本身的精度：如主軸軸頸的同軸度、圓度和圓柱度誤差。以上因素都將直接引起主軸錐孔的徑向跳動。

5.2 調整方法

根據影響主軸錐孔徑向跳動的因素，確定其調整的對象主要包括主軸、軸承和機床本體上的支撐軸承孔。其具體調整方法又分為兩種情況如下。

(1)超差不嚴重時，一般采用調整軸承預緊力、熱噴涂、電鍍和刮研等方法進行調整。軸承預緊力的調整，即在軸承的滾珠與滾道之間預加載荷，消除兩者之間的間隙，同時形成一定的彈性變形，提高主軸的旋轉精度。

熱噴涂是指將涂層材料加熱熔化，用高速氣流將其霧化成極細的顆粒，并以很高的速度噴射到工件表面，形成涂層[1]。常應用于機械零部件的修理和防護,在實際的使用中會產生很大的腐蝕因此在熱噴涂之前一定要對一些零件的表面進行處理，這樣可以很好地預防腐蝕情況的發生。

電鍍即在主軸表面上鍍上一層金屬或合金。其主

要是對零件尺寸的磨損修復和表面處理。

刮研修復之前必須要通過項目測量判斷出誤差大的方向,并對該方向的主軸軸頸或軸承孔進行人工刮研修復。

(2)超差嚴重時，一般采用鏜孔鑲套、更換軸承的方法。當支撐主軸的軸承孔尺寸超差較大時，在孔壁厚度尺寸允許的條件下，可以采用將軸承孔尺寸擴大，在其內部鑲套軸瓦以修復其尺寸和裝配精度。當軸承嚴重磨損調整預緊力無法達到要求時，就需跟換軸承。

注意在將車床主軸組件進行了上述調整后，主軸、軸承和軸承孔之間的裝配需采用定向裝配法。

對于調整方法的教學主要是通過現場觀察和分析，教師引導學生提出解決方法，并通過相關圖片和視頻了解調整的具體操作方法。在具體調整時要綜合考慮，不能因為調整此項，而影響其他部分的精度。

6 撰寫實驗報告

為加深學生對實驗的理解，并提升學生的總結、歸納和書寫基本功，在實驗完成后，要求學生按照實驗順序規范撰寫實驗報告。報告主要內容包括實驗項目名稱、檢測簡圖、允許誤差、實測誤差、使用檢具、檢測方法與步驟、調整方法等。

7 實驗總結

通過主軸錐孔徑向跳動的訓練，使學生了解機床檢測項目實施的基本過程，加深了對數控機床結構、公差項目等理論課程的理解。通過討論和實踐，提高了學生的學習興趣和積極性，增強了團隊合作意識。