主軸組件是自動(dòng)鉆孔機(jī)的主要部件之一,它的性能對(duì)整機(jī)性能有很大的影響。主軸組件直接承受切削力,且轉(zhuǎn)速范圍很大,因此主軸組件的主要性能應(yīng)滿足如下要求
1、自動(dòng)鉆孔機(jī)主軸組件的回轉(zhuǎn)精度。
主軸組件的回轉(zhuǎn)精度,是指主軸的回轉(zhuǎn)精度。當(dāng)主軸作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),線速度為零的點(diǎn)的連線稱為主軸的回轉(zhuǎn)中心線,回轉(zhuǎn)中心線的空間位置,在理想的情況下應(yīng)是固定不變的。實(shí)際上,由于主軸組件中各種因素的影響,回轉(zhuǎn)中心線的空間位置每瞬間都是變的,這些瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心線的平均空間位置稱為理想回轉(zhuǎn)中心線。瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心線相對(duì)于理想回轉(zhuǎn)中心線在空間的位置距離,就是主軸的回轉(zhuǎn)誤差,而回轉(zhuǎn)誤差的范圍就是主軸的回轉(zhuǎn)精度。純徑向誤差、角度誤差和軸向誤差,它們很少單獨(dú)存在。當(dāng)徑向誤差和角度誤差同時(shí)存在時(shí),構(gòu)成徑向跳動(dòng),而軸向誤差和角度誤差同時(shí)存在構(gòu)成端面跳動(dòng)。由于主軸的回轉(zhuǎn)誤差一般都是對(duì)一個(gè)空間旋轉(zhuǎn)矢量,它并不是在所有的情況下都表示為被加工工件所得到的加工形狀。
主軸回轉(zhuǎn)精度的測(cè)量,一般分為三種:靜態(tài)測(cè)量、動(dòng)態(tài)測(cè)量和間接測(cè)量。目前我司在生產(chǎn)中沿用傳統(tǒng)的靜態(tài)測(cè)量法,用一個(gè)精密的檢測(cè)棒插入主軸錐孔中,使千分表觸頭觸 檢測(cè)棒圓柱表面,以低速轉(zhuǎn)動(dòng)主軸進(jìn)行測(cè)量。千分表最大和最小讀數(shù)的差即認(rèn)為是主軸的徑向回轉(zhuǎn)誤差。端面誤差一般以包括主軸所在平面內(nèi)的直角坐標(biāo)系的垂直度數(shù)據(jù)綜合表示。動(dòng)態(tài)測(cè)量是用一標(biāo)準(zhǔn)球裝在主軸中心線上,與主軸同時(shí)旋轉(zhuǎn);在工作臺(tái)上安裝兩個(gè)互成90°角的非接觸傳感器,通過儀器記錄回轉(zhuǎn)情況。間接測(cè)量是用小的切削量加工有色金屬試件,然后在圓度儀上測(cè)量試件的圓度來評(píng)價(jià)。出廠時(shí),普通級(jí)加工中心的回轉(zhuǎn)精度用靜態(tài)測(cè)量法測(cè)量,當(dāng)L=300mm時(shí)允許回轉(zhuǎn)精度小于0.02mm。造成主軸回轉(zhuǎn)誤差的原因主要是由于主軸的結(jié)構(gòu)及其加工精度、主軸軸承的選用及剛度等,而主軸及其回轉(zhuǎn)零件的不平衡,在回轉(zhuǎn)時(shí)引起的激振力,均可能造成主軸的回轉(zhuǎn)誤差。因此加工中心的主軸不平衡量一般要控制在0.4mm/s以下。
2、自動(dòng)鉆孔機(jī)主軸組件的剛度。
主軸組件的剛度是指受外力作用時(shí),主軸組件抵抗變形的能力。通常以主軸前端產(chǎn)生單位位移時(shí),在位移方向上所施加的作用力大小來表示。在主軸前端部施加一作用力F,若主軸端的位移量為Y,則主軸部件的剛度值K為=F/Y(N/um)。
主軸組件的剛度越大,主軸受力的變形越小。主軸組件的剛度不足,在切削力及其他力的作用下,主軸將產(chǎn)生較大的彈性變形,不僅影響工件的加工質(zhì)量,還會(huì)破壞齒輪、軸承的正常工作條件,使其加快磨損,降低精度。主軸部件的剛度與主軸結(jié)構(gòu)尺寸、支承跨距、所選用的軸承類型及配置形式、軸承間隙的調(diào)整、主軸上傳動(dòng)元件的位置等有關(guān)。
3、自動(dòng)鉆孔機(jī)主軸組件抗振性。
主軸組件的抗振性是指切削加工時(shí),主軸保持平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)而不發(fā)生振動(dòng)的能力。主軸組件抗振性差,工作時(shí)容易產(chǎn)生振動(dòng),不僅會(huì)降低加工質(zhì)量,而且限制了機(jī)床生產(chǎn)率的提高,使刀具耐用度下降。提高主軸抗振性必須提高主軸組件的靜剛度,采用較大阻尼比的前軸承,以及在必要時(shí)安裝阻尼(消振)器。另外,使主軸的固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激振力的頻率。
4、自動(dòng)鉆孔機(jī)主軸組件的溫升。
主軸組件在運(yùn)轉(zhuǎn)中,溫升過高會(huì)引起兩方面的不良結(jié)果:一是主軸組件和箱體因熱膨脹而變形,主軸的回轉(zhuǎn)中心線和機(jī)床其他件的相對(duì)位置會(huì)發(fā)生變化,直接影響加工精度;其次是軸承等元件會(huì)因溫度過高而改變已調(diào)好的間隙和破壞正常潤(rùn)滑條件,影響軸承的正常工作,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生“抱軸”。數(shù)控機(jī)床在解決溫升時(shí),一般采用恒溫主軸箱。
5、自動(dòng)鉆孔機(jī)主軸組件的耐磨性。
主軸組件必須有足夠的耐磨性,以便能長(zhǎng)期的保持精度。主軸上易磨服的地方是刀具或工件的安裝部位以及移動(dòng)式主軸的工作部位。為了提高耐磨性,主軸的上述部位應(yīng)該淬硬或者經(jīng)過氮化處理,以提高其硬度,增加耐磨性。主軸軸承也需有良好的潤(rùn)滑,提高其耐磨性。以上這些要求,有些方面互相矛盾,例如高剛度與高速、高速與低溫升、高速與高精度等。這就要具體問題具體分析,例如設(shè)計(jì)高效數(shù)控機(jī)的主軸組件時(shí),主軸應(yīng)滿足高速和高剛度的要求;設(shè)計(jì)高精度數(shù)控機(jī)床時(shí),主軸應(yīng)滿足高剛度、低溫升的要求。
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自動(dòng)鉆孔機(jī)主軸組件的按運(yùn)動(dòng)方式可分為5類
1、只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的主軸組件。這類主軸組件結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,如車床銑床和磨床等主軸組件屬于這一類。
2、既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又有軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的主軸組件。如鉆床和鏜床等的主軸組件屬于這一類,其中主軸組件與軸承裝在套筒內(nèi),主軸在套筒內(nèi)作旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)套簡(jiǎn)在主軸箱的導(dǎo)向孔內(nèi)做直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
3、既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又有軸向調(diào)整移動(dòng)的主軸組件。屬于這一類的有滾齒機(jī)部分立式銑床等的主軸組件。主軸在套筒內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),并可根據(jù)需要隨主軸套筒一起做軸向調(diào)整移動(dòng)。主軸組件工作時(shí),用其中的夾緊裝置將主軸套筒夾緊在主軸箱內(nèi),提高主軸部件的剛度。
4、既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又有徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的主軸組件。屬于這一類的有臥式鏜床的平旋盤主軸組件和組合機(jī)床的鏜孔車端面主軸組件。主軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),裝在主軸前端平旋讓的徑向滑塊可帶動(dòng)刀具作徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
5、主軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又作行星運(yùn)動(dòng)的主軸組件。新式內(nèi)圓磨床砂輪主軸組件的工作盤原理如圖4-12所示,砂輪主軸1在支承套2的偏心孔內(nèi)作旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)。支承套2安裝在套筒4內(nèi)。套筒4的軸線與工件被加工孔軸線重合,當(dāng)套筒4由蝸桿6經(jīng)蝸輪W傳動(dòng),在箱體3中緩慢地旋轉(zhuǎn)時(shí),帶動(dòng)套筒及砂輪主軸作行星運(yùn)動(dòng),即圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。通過傳動(dòng)支承套2來調(diào)整主軸與套筒4的偏心距e,可實(shí)現(xiàn)橫向進(jìn)給。
