淺談提高機床主軸回轉精度的措施
應用技術
作者：郭巧紅
[摘 要]隨著機床製造技術的迅速發展，特別是自動化數控機床的日益普及，對機床主軸的回轉精度和剛度要求越來越高；此外，在機床的維修和改造方麵，對機床主軸軸承進行合理調整和改造，提高機床主軸運轉精度，是提高機床加工精度和節約成本的一種有效方法。因此，該文對機床的製造和維修改造具有一定的指導意義。
[關鍵詞]機床 主軸 回轉精度 軸承 精度 剛度
中圖分類號：TM 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）48-0399-02
前言
金屬機床加工工件時，由於種種原因，總會產生加工誤差，影響著工件的加工精度，嚴重的將造成工件報廢。產生加工誤差的因素很多，比如刀具、夾具的誤差、工藝係統的彈性變形、測量和調整誤差等等。但就整個機床而言，影響加工精度的誤差主要表現在機床主軸、導軌、傳動係統以及機床的磨損等，其中以機床主軸精度誤差影響最大。提高機床主軸回轉精度的方法很多，本文從提高機床主軸軸承的精度和剛度的角度出發，談談提高機床主軸回轉精度的具體措施。
1 提高主軸軸承的精度和剛度
機床主軸所用的軸承，分為滾動軸承和滑動軸承兩大類。從旋轉精度來看，兩大類軸承都能滿足要求，但其性能指標相比，滾動軸承優於滑動軸承，滾動軸承的優點是：（1）滾動軸承能在轉速和載荷變化很大的條件下穩定地工作。（2）滾動軸承能在無間隙，甚至在預緊（有一定的過盈量）的條件下工作。（3）滾動軸承的摩擦係數小，有利於減少發熱。（4）滾動軸承潤滑容易，可以用脂，一次裝填一直到修理時才換脂。如果用油潤滑，單位時間所需的油量也遠比滑動軸承小。滾動軸承的缺點是：（1）滾動體的數量有限，所以滾動軸承在旋轉中的徑向剛度是變化的，這是引起振動的原因之一。（2）滾動軸承的阻尼較低。（3）滾動軸承的徑向尺寸比滑動軸大。
在一般情況下機床應盡量采用滾動軸承，特別是大多數立式主軸，用滾動軸承可以采用脂潤滑以避免漏油。隻有當加工表麵粗糙度較小，主軸又是水平的機床，如外圓磨床、平麵磨床、高精度車床等才用滑動軸承。軸承的精度和剛度直接影響主軸的回轉精度，以下分別說明。
雖然滾動軸承具有一係列的優點，在機械設備上獲得了廣泛的應用，但在高速、高精度、重載、結構上要求剖分等場合下，又必須采用滑動軸承，這是因為滑動軸承具有一些滾動軸承不能替代的特點。其主要優點是：結構簡單，製造、裝拆方便；具有良好的耐衝擊性和吸振性能，運轉平穩，旋轉精度高，壽命長。其主要缺點是：維護複雜，潤滑條件要求高，當軸承處於邊界潤滑狀態時，摩擦磨損較嚴重。
滑動軸承主要由軸承座和軸瓦組成，按所受載荷的方向主要分為徑向滑動軸承（又稱向心滑動軸承）、推力滑動軸承和徑向推力滑動軸承；按潤滑狀態分為液體潤滑軸承、氣體潤滑軸承、混合潤滑軸承、固體潤滑軸承和無潤滑軸承；按承載方法分為潤滑模承載、直接接觸承載和其他承載滑動軸承。軸瓦是滑動軸承的主要零件，設計軸承時，除了選擇合適的軸瓦材料以外，還應該合理地設計軸瓦結構，否則會影響滑動軸承的工作性能。
普通滑動軸承由於自身結構的因素，在生產中易於出現油膜剛度低、精度保持期短、維修困難、加工表麵粗糙度高、振紋明顯等。實踐證明，將主軸滑動軸承選擇為液體磨擦滑動軸承時，有較高的精度、剛度，加工質量及生產率均能得到提高。
2 軸承精度應與軸頸的精度、軸承座孔精度相適應
2.1 提高軸承座孔和軸頸的精度是提高機床主軸回轉精度的重要措施
主軸的回轉精度，指的是主軸裝配後，在無載荷、低速轉動的條件下，主軸安裝工件或刀具部位的徑向和軸向跳動。主軸回轉精度取決於各主要部件，如主軸、軸承、殼體孔等的製造、裝配和調整精度。工作轉速下旋轉的精度還決定於主軸的轉速、軸承的設計和性能，潤滑劑和主軸組件的平衡。主軸的回轉精度不僅與軸承本身的質量有關，而且與主軸組件的精度、裝配質量密切相關。因此，軸承座孔和軸頸的精度與軸承的精度應互相適應。實踐證明，選用“P5”級、“P4”級軸承時，軸承座孔和軸頸的精度不低於IT6或IT5級；選用“P6”級軸承時，軸承座孔和軸頸的精度不低於IT7或IT6級。