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1、
主軸和軸座工藝研究
1研究背景
主鋸是連續(xù)壓機(jī)生產(chǎn)線砂鋸工段中最核心的部件，主鋸將以高轉(zhuǎn)速3000r/min、深切削180mm、大進(jìn)給250～350mm/min完成對(duì)人造板持久往復(fù)的大厚度、高效率鋸切，因此對(duì)其運(yùn)動(dòng)精度、結(jié)構(gòu)剛度、可靠性等要求較高。主軸和軸座是主鋸的兩大主關(guān)件，其與高精度的配對(duì)軸承組成固定端，與高剛性內(nèi)移式滾柱軸承組成浮動(dòng)端。主軸和軸座以回轉(zhuǎn)中心為基準(zhǔn)有一系列的精密形位要求，精度要求甚至在4級(jí)以上，成為工藝制定的重中之重。因此，有必要對(duì)主軸和軸座的加工工藝進(jìn)行深入研究，以找出保證主軸和軸座加工質(zhì)量的最佳方法［1－3］。
2主軸精度的保證
主軸
2、結(jié)構(gòu)如圖1所示，主軸軸承擋、鋸片安裝外圓及大端面跳動(dòng)度三項(xiàng)是設(shè)計(jì)主關(guān)項(xiàng)次，是主軸運(yùn)動(dòng)精度保證的目標(biāo)。從工藝分析來看，獲得高精度的中心孔定位是實(shí)現(xiàn)各主關(guān)項(xiàng)次的保證。從質(zhì)量控制來看，正是這三項(xiàng)次的合格率較低導(dǎo)致了主軸質(zhì)量的不穩(wěn)定，下面對(duì)影響主軸加工精度的各因素進(jìn)行分析。(1)中心孔定位是精密回轉(zhuǎn)類零件在磨床上常用的定位方式，磨制中心孔可獲得較高的形位精度，其同軸定位精度可達(dá)0.001mm。(2)中心孔主要分為角度型中心孔、窄邊型角度中心孔、球面中心孔等。角度型中心孔因與頂尖的接觸面積大而具有定位剛性高的優(yōu)點(diǎn)，但也因?yàn)榻佑|面大導(dǎo)致定位誤差較大，常用于重載零件的定位;窄邊型角度中心孔是角度型中心孔的延
3、伸，通過減少接觸面提高了定位精度，但剛性有所削弱，常用于精密零件定位;球面中心孔因定位為線接觸，降低了對(duì)中心孔的要求，但剛性較低，通常用于特殊場(chǎng)合的定位。主軸采用一端60中心孔定位、一端窄邊60倒角定位，這樣可同時(shí)滿足輕載和精度高的要求。(3)主軸的精度取決于中心孔的定位精度，中心孔不同軸也是主軸無法獲得高跳動(dòng)形位精度的主要原因。從分析可以看出，其中心孔公共軸線同軸度算法為Hb/L，對(duì)主軸來說為中心孔長(zhǎng)度b=6mm，工件長(zhǎng)度L=300mm，如中心孔平行誤差H=1mm時(shí)，同軸度也只有61/300=0.02mm?？磥碛绊懖⒉淮?，但因?yàn)轫敿鈱?duì)中心孔只有局部定位，使得圓度、同軸度等形位公差大打折扣，而
4、且其形成的周期性誤差將成為以后主鋸振動(dòng)的主要來源，既無法實(shí)現(xiàn)二次定位的統(tǒng)一，也使重復(fù)修復(fù)、第三方機(jī)下測(cè)量變得不可操作。所以通過研磨中心孔來提高其圓度和同軸度作為定位基準(zhǔn)非常必要。(4)提高中心孔定位精度的措施如下:在車床上打中心孔應(yīng)盡量提高其同軸度，在車床上粗研、磨床上精研，使中心孔定位精度與磨床頂尖精度一致。(5)從工藝性來看，應(yīng)一次定位安排軸承擋、鋸片定位外圓及大端面一起磨出，實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)的統(tǒng)一。(6)從測(cè)量方法上看，三座標(biāo)測(cè)量是軸承擋對(duì)鋸片定位外圓“圓對(duì)圓”的方式，偏擺儀測(cè)量是軸承擋對(duì)鋸片定位外圓“公共軸線”的方式，所以三座標(biāo)測(cè)量比偏擺儀測(cè)量更為嚴(yán)格。但通過中心孔研磨改變了原來大幅超差的狀況
5、，保證了主軸三座標(biāo)法測(cè)量軸承擋與鋸片定位外圓及大端面不大于0.005跳動(dòng)度的實(shí)現(xiàn)。(7)通過中心孔的研磨，實(shí)現(xiàn)了主軸精度的大幅度提高，通過這種精度冗余，在質(zhì)量控制上保證了主軸的形位精度。(8)在主軸的外協(xié)加工中常常無法同時(shí)保證三項(xiàng)精度的實(shí)現(xiàn)，通過研磨中心孔圓度和同軸度，即使在公司老舊的外圓磨上也可保證不大于0.005各主關(guān)項(xiàng)次的實(shí)現(xiàn)。
3軸座精度的保證
軸座結(jié)構(gòu)如圖2所示，其是主鋸的機(jī)架，是實(shí)現(xiàn)主鋸精度和剛度的基礎(chǔ)。軸座最重要的形位公差是軸承擋的圓柱度和相互的同軸度，其精度為0.006，相當(dāng)于四級(jí)形位公差的軍工航天標(biāo)準(zhǔn)，工藝實(shí)現(xiàn)非常困難。設(shè)計(jì)上軸座經(jīng)歷了從兩端型向臺(tái)階型的工
6、藝改進(jìn)，將原來的回轉(zhuǎn)鏜簡(jiǎn)化為單向鏜;工藝上軸座也經(jīng)歷了從數(shù)控車床到加工中心的改變，以機(jī)床定位精度為切入點(diǎn)，提高了整個(gè)軸座的工藝性和加工精度。長(zhǎng)期的工藝實(shí)踐表明，正是抓住了軸座的工藝性和機(jī)床精度這兩大關(guān)鍵因素，才保證了軸座同軸度在臥式加工中心的實(shí)現(xiàn)。(1)公共軸線同軸度的確立。在同軸度評(píng)價(jià)中有“孔對(duì)孔”和“公共軸線”兩種方式。以軸座為例，可以估算出其最小關(guān)系為46.5/150，約為1/3，同主軸一樣，孔對(duì)孔比公共軸線同軸度最小要求也提高為3倍，保證精度的難度和成本都將大幅提高。從主鋸的結(jié)構(gòu)上看，理想的主軸相當(dāng)于軸座的公共軸線，所以用公共軸線評(píng)價(jià)軸座的同軸度更為經(jīng)濟(jì)合理。(2)機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)精度的
7、影響。在兩端型軸座軸承擋同軸度加工中心的加工中，同時(shí)需要工作臺(tái)回轉(zhuǎn)180和回位換刀，其主要誤差來自工作臺(tái)回轉(zhuǎn)180的B軸角度定位誤差、與回轉(zhuǎn)中心點(diǎn)的X軸線性定位誤差以及二次換刀返位后的X、Y軸定位誤差，這就需要超高精度的加工中心才能完成，為解決這一問題，在工藝上將雙端型軸座改為單向型軸座。(3)機(jī)床返位換刀精度的影響。在單向型軸座軸承擋孔同軸度加工中心的加工中，時(shí)常也有精度超差的情況，這是因?yàn)榧庸づ_(tái)階孔需要換刀，二次返位換刀的定位精度直接影響了同軸度精度，其同軸誤差還是定位誤差的2倍。在機(jī)床定位精度未及時(shí)調(diào)整及累計(jì)下降時(shí)，將嚴(yán)重影響軸座高精度同軸度的實(shí)現(xiàn)。手工換刀法可彌補(bǔ)機(jī)床的這一缺陷，其是在
8、最后的軸承孔精鏜時(shí)不使用自動(dòng)換刀而采用手動(dòng)換刀，鎖定刀具的X、Y坐標(biāo)不動(dòng)，從而排除了X、Y軸定位精度的影響，保證了同軸度的精度。(4)機(jī)床Z軸軌跡精度的影響。加工中心上手工換刀雖然消除了X、Y軸定位精度的影響，但Z軸的軌跡精度影響依然存在，即前后軸承孔的Z軸加工軌跡不一致，只要存在Z軸直線誤差就會(huì)影響同軸精度的實(shí)現(xiàn)。在生產(chǎn)中可采用雙刀法解決這一問題，雙刀法就是一柄鏜排的前后配有兩把鏜刀，同時(shí)完成兩軸承擋上軸承孔的加工，同一Z軸加工軌跡避免了機(jī)床Z軸精度誤差的影響，進(jìn)一步保證了“孔對(duì)孔”同軸精度的實(shí)現(xiàn)。(5)工藝分析表明，工作臺(tái)回轉(zhuǎn)精度和三軸定位精度是舊加工中心維修的主要目標(biāo)，購(gòu)置新加工中心時(shí)這
9、也是需要考慮的主要因素。(6)采用手工換刀法和雙刀法，即使在失去精度的老舊機(jī)床上也能保證0.006同軸度的實(shí)現(xiàn)。
4小結(jié)
(1)主軸加工時(shí)，通過中心孔的同軸研磨可保證主軸各項(xiàng)形位誤差不大于0.005。(2)軸座加工時(shí)，通過在臥式加工中心上手工換刀可保證軸座0.006公共軸線同軸度的實(shí)現(xiàn)。
參考文獻(xiàn):
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主軸和軸座工藝研究
