主軸組件是自動鉆孔機(jī)的主要部件之一,它的性能對整機(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)動時,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。瞬時回轉(zhuǎn)中心線相對于理想回轉(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存在時,構(gòu)成徑向跳動,而軸向誤差和角度誤差同時存在構(gòu)成端面跳動。由于主軸的回轉(zhuǎn)誤差一般都是對一個空間旋轉(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)精度的測量,一般分為三種:靜態(tài)測量、動態(tài)測量和間接測量。目前我司在生產(chǎn)中沿用傳統(tǒng)的靜態(tài)測量法,用一個精密的檢測棒插入主軸錐孔中,使千分表觸頭觸 檢測棒圓柱表面,以低速轉(zhuǎn)動主軸進(jìn)行測量。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。動態(tài)測量是用一標(biāo)準(zhǔn)球裝在主軸中心線上,與主軸同時旋轉(zhuǎn);在工作臺上安裝兩個互成90°角的非接觸傳感器,通過儀器記錄回轉(zhuǎn)情況。間接測量是用小的切削量加工有色金屬試件,然后在圓度儀上測量試件的圓度來評價。出廠時,普通級加工中心的回轉(zhuǎn)精度用靜態(tài)測量法測量,當(dāng)L=300mm時允許回轉(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,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,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、主軸上傳動元件的位置等有關(guān)。
3、自動鉆孔機(jī)主軸組件抗振性。
主軸組件的抗振性是指切削加工時,主軸保持平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)而不發(fā)生振動的能力。主軸組件抗振性差,工作時容易產(chǎn)生振動,不僅會降低加工質(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)床其他件的相對位置會發(fā)生變化,直接影響加工精度;其次是軸承等元件會因溫度過高而改變已調(diào)好的間隙和破壞正常潤滑條件,影響軸承的正常工作,嚴(yán)重時甚至?xí)l(fā)生“抱軸”。數(shù)控機(jī)床在解決溫升時,一般采用恒溫主軸箱。
5、自動鉆孔機(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,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,主軸應(yīng)滿足高剛度、低溫升的要求。
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自動鉆孔機(jī)主軸組件的按運(yùn)動方式可分為5類
1、只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的主軸組件。這類主軸組件結(jié)構(gòu)較為簡單,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)動又有軸向進(jìn)給運(yùn)動的主軸組件。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)動套簡在主軸箱的導(dǎo)向孔內(nèi)做直線進(jìn)給運(yùn)動。
3、既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動又有軸向調(diào)整移動的主軸組件。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,并可根據(jù)需要隨主軸套筒一起做軸向調(diào)整移動。主軸組件工作時,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)動又有徑向進(jìn)給運(yùn)動的主軸組件。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)動時,裝在主軸前端平旋讓的徑向滑塊可帶動刀具作徑向進(jìn)給運(yùn)動。
5、主軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動又作行星運(yùn)動的主軸組件。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。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,在箱體3中緩慢地旋轉(zhuǎn)時,帶動套筒及砂輪主軸作行星運(yùn)動,即圓周進(jìn)給運(yùn)動。通過傳動支承套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。
