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磨床精度與滾動軸承的應用

2019-09-28

磨床的主軸承有滑動軸承和滾動軸承兩大類。其中滑動軸承又有動壓、靜壓、動靜壓等多種類型。各磨床制造廠有其不同的結構形式,并有自己的系列規格。因此磨床滑動軸承都不通用,由各制造廠自己設計制造并在售后為用戶提供備品配件。
  隨著滾動軸承制造技術的進步,滾動軸承在運轉性能、精度和壽命等方面有了很大提高。在磨床主軸承設計中逐漸地改變著以滑動軸承為主導地位的狀況,現在磨床砂輪主軸承設計結構中,應用滾動軸承的除傳統的刀具磨床外還廣泛地在齒輪、螺紋、花鍵、平面、外圓等磨床上應用,而變頻調速的電主軸則是典型的滾動軸承結構,且因陶瓷滾珠的應用進一步提高了滾動軸承的高速運轉性能。
  磨床常用軸承
  磨床主軸承通常應用如下幾類滾動軸承:
 ?。?)成對主軸軸承(徑向推力球軸承)
  平面、內圓、齒輪、螺紋、花鍵等磨床的砂輪主軸承和齒輪、螺紋、花鍵等磨床的頭架主軸承(尖轉動型)。
 ?。?)雙列滾錐軸承
  外圓磨床的頭架主軸承、軋輥磨床的頭尾架主軸承(尖轉動型)。
 ?。?)雙列滾柱軸承
  雙端面磨床、輥環磨床砂輪主軸承和軋輥磨床頭尾架主軸承(尖轉動型)。
  以下各圖為磨床中應用Z廣泛的主軸軸承中具有代表性的幾種主軸系統結構。圖1為內圓磨軸,圖2為蝸桿砂輪磨齒機的砂輪主軸,圖3為其工件主軸。螺紋磨床的砂輪主軸和工件主軸也基本相同。圖4為外圓磨床(內、外圓磨床)的滾動軸承頭架,采用了空心圓錐滾子軸承。該軸承生產廠分三個精度等級,見附表所示。



  據稱還可為用戶提供0.2~0.3μm的超精等級。
  對軸承的精度要求
  現以蝸桿砂輪磨齒機砂輪主軸的精度為例說明。
  對砂輪主軸系統的綜合要求為:
 ?。?)砂輪主軸定心錐面的徑向圓跳動公差0.002mm(見圖5)。

 ?。?)砂輪主軸的軸向竄動公差0.0015mm。
 ?。?)低速修整(100r/min),高速磨削(1500~2000r/min),低、高速精度應一致無變化。
 ?。?)軸承溫升小,無需空運轉熱穩定時間。
 ?。?)砂輪法蘭與主軸同錐體接觸穩固,砂輪夾緊可靠。
 ?。?)機床砂輪修整傳動鏈精度穩定,螺旋線誤差小于0.003μm。
 ?。?)粗修整螺旋線后,砂輪連法蘭一起需經嚴格動平衡,再裝上機床精修整螺旋線。
  因為蝸桿砂輪磨齒機的砂輪螺旋面(即蝸桿砂輪的左、右工作齒面)是直接在機床上用金剛石滾輪借助砂輪修整系統修磨出的,故上述1、2項誤差將影響砂輪螺旋線的精度,尤其砂輪主軸的軸向竄動將直接成為螺旋線偏差而反映給被磨齒輪,成為齒形誤差。
  對砂輪主軸的精度考核,實質上是對主軸承回轉軸心軌跡的考核,也就是軸心線的徑向圓跳動和軸線竄動的考核。為減小誤差,在裝配時需注意徑向圓跳動方位的調整(這里的徑向圓跳動還包含了圓度)。圖6為前后軸承的徑向圓跳動方位在同側與異側的差別,可見應處于同一側,這樣在砂輪工作位置的回轉軸心徑向偏移量Z小,砂輪的端面偏擺量也小。

  對軸承要求:
 ?。?)接觸角25°成對軸承,輕預加載荷,精度等級P2或P4S。
 ?。?)壽命長。
 ?。?)少量潤滑脂,在壽命期內無需添加。
 ?。?)2000r/min時溫升仍很低。
  提高精度的其他措施
  螺紋磨床工件主軸承采用中等預加負載,轉速較低,壽命就不是主要問題了,其精度要求實質上與上述蝸桿砂輪磨齒機的砂輪主軸要求相同,但對工件主軸的軸向竄動公差更應該控制住0.001mm以內,為軸向竄動誤差將直接轉嫁為工件螺紋的螺旋線誤差(P2π)。為了達到這一要求可采取的措施為:
 ?。?)改變尖的安裝方位
  因尖的莫氏錐體與60°錐體總是存在不同軸誤差,同樣,軸承裝于工件主軸后,莫氏錐孔與主軸承滾道也存在不同軸誤差,于是利用二者相對位置的變位可以得到一定的誤差補償,以提高精度。
 ?。?)用卡盤夾緊工件
  如果尖偏差較大,則可不用工藝的中心孔定位,而用卡盤夾工件來磨螺紋。實際上就是類似磨內螺紋方式。這意味著直接以軸承的滾道的軸心軌跡和軸向竄動作為主軸的工作精度,當然工藝上應設置安裝測量基準。
 ?。?)滾道主軸合為一體
  這樣取消了軸承內孔與軸頸的配裝環,滾逍精度可達到條件。就如圖7所示的工件架主軸結構??梢娭圃鞆S為了獲得理想的滾道精度所采取的工藝力度。

 ?。?)用尖修磨裝置
  以軸承滾道為基準來修磨尖錐面,使二者同軸度達到狀態。如果工件頭架可以轉位30°,則可由本身機床砂輪來磨出。當然前提是主軸承滾道的徑向、軸向精度是滿足要求的。
  結語
  為了利用好高精度軸承,穩定地制造出相應等級的機床,需要在環境、設備、計量條件和工藝規程、操作規范、人員培訓等方面與之適應。
  目前磨床制造廠根據大多數用戶在合同中的要求,采用進口軸承。隨著國產軸承性能、精度、壽命等各項指標的提高,應該有選擇地逐漸加大應用國產軸承的力度,促進軸承制造業的發展和提高。


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