主軸和軸座工藝研究1研究背景 主鋸是連續(xù)壓機生產(chǎn)線砂鋸工段中最核心的部件，主鋸將以高轉速3000r/min、深切削180mm、大進給250350mm/min完成對人造板持久往復的大厚度、高效率鋸切，因此對其運動精度、結構剛度、可靠性等要求較高。主軸和軸座是主鋸的兩大主關件，其與高精度的配對軸承組成固定端，與高剛性內移式滾柱軸承組成浮動端。主軸和軸座以回轉中心為基準有一系列的精密形位要求，精度要求甚至在4級以上，成為工藝制定的重中之重。因此，有必要對主軸和軸座的加工工藝進行深入研究，以找出保證主軸和軸座加工質量的最佳方法13。 2主軸精度的保證 主軸結構如圖1所示，主軸軸承擋、鋸片安裝外圓及大端面跳動度三項是設計主關項次，是主軸運動精度保證的目標。從工藝分析來看，獲得高精度的中心孔定位是實現(xiàn)各主關項次的保證。從質量控制來看，正是這三項次的合格率較低導致了主軸質量的不穩(wěn)定，下面對影響主軸加工精度的各因素進行分析。(1)中心孔定位是精密回轉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，但也因為接觸面大導致定位誤差較大，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，降低了對中心孔的要求，但剛性較低，通常用于特殊場合的定位。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，對主軸來說為中心孔長度b=6mm，工件長度L=300mm，如中心孔平行誤差H=1mm時，同軸度也只有61/300=0.02mm?？磥碛绊懖⒉淮?，但因為頂尖對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，而且其形成的周期性誤差將成為以后主鋸振動的主要來源，既無法實現(xiàn)二次定位的統(tǒng)一，也使重復修復、第三方機下測量變得不可操作。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，應一次定位安排軸承擋、鋸片定位外圓及大端面一起磨出，實現(xiàn)基準的統(tǒng)一。(6)從測量方法上看，三座標測量是軸承擋對鋸片定位外圓“圓對圓”的方式，偏擺儀測量是軸承擋對鋸片定位外圓“公共軸線”的方式，所以三座標測量比偏擺儀測量更為嚴格。但通過中心孔研磨改變了原來大幅超差的狀況，保證了主軸三座標法測量軸承擋與鋸片定位外圓及大端面不大于0.005跳動度的實現(xiàn)。(7)通過中心孔的研磨，實現(xiàn)了主軸精度的大幅度提高，通過這種精度冗余，在質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保證三項精度的實現(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各主關項次的實現(xiàn)。 3軸座精度的保證 軸座結構如圖2所示，其是主鋸的機架，是實現(xiàn)主鋸精度和剛度的基礎。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，相當于四級形位公差的軍工航天標準，工藝實現(xiàn)非常困難。設計上軸座經(jīng)歷了從兩端型向臺階型的工藝改進，將原來的回轉鏜簡化為單向鏜;工藝上軸座也經(jīng)歷了從數(shù)控車床到加工中心的改變，以機床定位精度為切入點，提高了整個軸座的工藝性和加工精度。長期的工藝實踐表明，正是抓住了軸座的工藝性和機床精度這兩大關鍵因素，才保證了軸座同軸度在臥式加工中心的實現(xiàn)。(1)公共軸線同軸度的確立。在同軸度評價中有“孔對孔”和“公共軸線”兩種方式。以軸座為例，可以估算出其最小關系為46.5/150，約為1/3，同主軸一樣，孔對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。從主鋸的結構上看，理想的主軸相當于軸座的公共軸線，所以用公共軸線評價軸座的同軸度更為經(jīng)濟合理。(2)機床回轉工作臺精度的影響。在兩端型軸座軸承擋同軸度加工中心的加工中，同時需要工作臺回轉180和回位換刀，其主要誤差來自工作臺回轉180的B軸角度定位誤差、與回轉中心點的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，時常也有精度超差的情況，這是因為加工臺階孔需要換刀，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。在機床定位精度未及時調整及累計下降時，將嚴重影響軸座高精度同軸度的實現(xiàn)。手工換刀法可彌補機床的這一缺陷，其是在最后的軸承孔精鏜時不使用自動換刀而采用手動換刀，鎖定刀具的X、Y坐標不動，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軸直線誤差就會影響同軸精度的實現(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床Z軸精度誤差的影響，進一步保證了“孔對孔”同軸精度的實現(xiàn)。(5)工藝分析表明，工作臺回轉精度和三軸定位精度是舊加工中心維修的主要目標，購置新加工中心時這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床上也能保證0.006同軸度的實現(xiàn)。 4小結 (1)主軸加工時，通過中心孔的同軸研磨可保證主軸各項形位誤差不大于0.005。(2)軸座加工時，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現(xiàn)。 參考文獻: 1關曉平，李洪杰，王興博，等數(shù)控裁板鋸切削主軸的可靠性分析J林業(yè)機械與木工設備，2014(5):3537 2楊家武，劉夢龍數(shù)控車床附加主軸設計及有限元分析J森林工程，2015(3):6366 3吐爾洪阿布都多種熱磨機主軸組合的解剖分析及組合軸承間隙調整工藝研究J林業(yè)機械與木工設備，2015(6):2224 4