周克明

　　1　研究背景

　　主軸和軸座（zuò）以回轉中心（xīn）為基準有一係列的精密形位要（yào）求（qiú），精度要求甚至在4級（jí）以（yǐ）上，成為工藝製定的重中之重。主鋸是連續壓機生產線砂鋸工段中Z核（hé）心的部件，主鋸將以高轉速3000r/min、深切（qiē）削180mm、大進給（gěi）250～350mm/min完成對人（rén）造板持久往複的大厚度、高效率鋸切，因此（cǐ）對其運動精度、結構剛度、可靠性等（děng）要求較高。主軸和軸座是主鋸的（de）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。因此，有必要對主（zhǔ）軸和軸座的加（jiā）工工藝進行深入研究，以找出保（bǎo）證（zhèng）主軸和軸座加工質量的Z佳方（fāng）法。

　　2　主軸精（jīng）度的（de）保證

　　主軸結構（gòu），主軸軸承擋、鋸片安裝外圓及大端（duān）麵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（xī）來看，獲得高精度的中心孔定位是實現各主關項次的保證。從質量控製來看，正是這三項次的合格率較低導致了（le）主軸質量的不穩定，下麵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（líng）件在磨床上常用的定（dìng）位方式，磨製中（zhōng）心孔可獲得（dé）較高的形位（wèi）精度，其同軸定（dìng）位精度可（kě）達0.001mm。

　　（2）中心孔主要分為角度（dù）型中心孔、窄邊型角度（dù）中心孔、球麵中心孔等。角度型中心孔因與頂尖的接觸麵積大而具（jù）有定位剛性高的優（yōu）點，但也因為接（jiē）觸麵大導致（zhì）定位誤差（chà）較大，常用於重載零件的（de）定（dìng）位；窄邊（biān）型角度（dù）中心孔（kǒng）是角（jiǎo）度（dù）型中心孔的延伸，通過減少接觸麵提高了定位精度，但剛性有（yǒu）所削弱，常用（yòng）於精密零件定（dìng）位；球麵中心孔因定位（wèi）為線接觸，降低了對中心孔的要求，但剛性較低，通常用於特殊場合的定位。主（zhǔ）軸采用一端（duān）60°中心孔定位、一端窄邊60°倒角定位，這樣可同（tóng）時滿足輕載和精度高的要求。

　　（3）主軸的精度取決（jué）於中心孔的定位精度，中心孔不同（tóng）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H×b/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，同軸度也隻有6×1/300=0.02mm。看（kàn）來影響並不大，但因為頂尖對中（zhōng）心孔隻有（yǒu）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（chéng）為以後主鋸振動的主要來源，既無法實（shí）現二次定位的統一，也使（shǐ）重複修複、第三方機下測量變得不可操作。所以通過（guò）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（kǒng）定位精度的措（cuò）施如下（xià）：在車床（chuáng）上打中心孔應盡量提（tí）高其（qí）同軸度，在車床上粗（cū）研、磨床上精（jīng）研（yán），使（shǐ）中心孔（kǒng）定位精度與磨床頂（dǐng）尖精度一致。

　　（5）從工藝性來看，應一次定位安排軸承擋、鋸（jù）片定位外圓及大端麵一起磨出，實（shí）現基準的統一。

　　（6）從測量方（fāng）法上看，三座標測量是（shì）軸承擋對鋸片定位外（wài）圓“圓對圓（yuán）”的方式，偏擺儀測量是軸（zhóu）承擋對鋸片定位外圓“公共（gòng）軸線（xiàn）”的方式，所以三座標測量比偏擺儀測量更為嚴格。但（dàn）通過中（zhōng）心孔研磨改變了原來（lái）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（jí）大端麵不大於0.005跳動（dòng）度的實現。

　　（7）通過中心孔（kǒng）的研磨（mó），實現了主軸（zhóu）精度的大幅度提高（gāo），通（tōng）過這種精度冗餘，在質量控製上保證了主軸的形位精度。
　　（8）在主軸的外（wài）協加工中常（cháng）常無法同時保證三項精度的實現，通過研磨中心孔圓度和同軸度，即使在（zài）公司老舊的外（wài）圓磨上（shàng）也可（kě）保證不大於0.005各主關項次的實現。

　　3　軸座精度的保證

　　（1）軸座結構，其是主鋸（jù）的機架，是實現主鋸精度（dù）和剛度的基礎。軸座Z重要的形位公差是軸承擋的圓柱度和相互（hù）的同軸度，其精度為0.006，相當（dāng）於四級形位公差的軍（jun1）工航天（tiān）標準，工（gōng）藝實（shí）現（xiàn）非常困難（nán）。設計上軸座（zuò）經曆了從兩端型向台階型的工藝改進，將原來的（de）回轉（zhuǎn）鏜簡化為單向鏜；工藝（yì）上（shàng）軸座也經曆了從數控（kòng）車床到加工中心的改變，以（yǐ）機床定位精度為切入點，提高（gāo）了整個軸座的工藝性（xìng）和加工精度。長期的（de）工藝（yì）實踐表明，正是抓（zhuā）住（zhù）了軸座的工藝性和機床精（jīng）度這兩大關（guān）鍵因素，才保證了軸座同（tóng）軸度（dù）在臥式加工中（zhōng）心的實現。

　　（2）公共（gòng）軸線同軸度的確立。在同軸度評價中（zhōng）有“孔對孔”和（hé）“公（gōng）共軸線”兩（liǎng）種方式。以軸座為例，可以（yǐ）估算出其Z小關（guān）係為46.5/150，約為1/3，同主軸一（yī）樣，孔對孔比公共（gòng）軸線同軸度Z小要求也提高為3倍，保證精度的難度（dù）和成本都將大幅提高。從主鋸的結構上看，理想的主（zhǔ）軸相（xiàng）當於軸（zhóu）座的公（gōng）共（gòng）軸線（xiàn），所以用公共軸線評價（jià）軸座的同軸度更為經濟合理。

　　（3）機床回（huí）轉工（gōng）作（zuò）台精度的影響。在兩端（duān）型軸（zhóu）座軸承擋同軸度加工中心的加工（gōng）中，同時需要工（gōng）作台（tái）回轉180°和回位換（huàn）刀，其主要誤差來自工作（zuò）台回轉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（dāo）返位後的X、Y軸定位誤差，這就需要超高精度的加（jiā）工中（zhōng）心才能完成，為解決這一問題，在工（gōng）藝上將雙端型軸座改為單向型軸座（zuò）。

　　（4）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（dù）超差的情況，這是因為加工台階孔需要換刀（dāo），二次返位換（huàn）刀的定位精度（dù）直接影響了同軸度精度，其同（tóng）軸誤差還是定位誤差的2倍。在（zài）機床定位精度未及時調整（zhěng）及（jí）累計下降時，將嚴重（chóng）影響軸座高精度同（tóng）軸度的實現。手工換刀法可彌補機床的這一缺陷，其是在Z後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（cóng）而排除了X、Y軸定位精度的影響，保證了同軸度的精度。

　　（5）機床Z軸軌跡精度的影響。加工（gōng）中心上手（shǒu）工換刀雖然消除了（le）X、Y軸定位精度的影（yǐng）響，但Z軸的軌跡精（jīng）度影響依然存（cún）在，即前後軸承孔的Z軸（zhóu）加工軌跡不（bú）一致，隻要存在（zài）Z軸直（zhí）線誤差就會影響同軸精度（dù）的實現。在生產中可（kě）采用雙刀法解決這一問題，雙刀（dāo）法就是一柄（bǐng）鏜排的前後配有兩（liǎng）把鏜刀，同時完（wán）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（zhóu）精度誤差的影響，進（jìn）一步保證了“孔對孔”同軸精度的實現。

　　工藝分析表明（míng），工作台回轉（zhuǎn）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（jiù）機床上也能保證0.006同軸度的（de）實現。

　　4　小結

　　主軸加工時，通過中心孔的（de）同軸研磨可保證主軸各（gè）項形位誤差不大於0.005。軸座加工時（shí），通過在臥（wò）式加工中心上手工（gōng）換刀可保證軸座0.006公共軸線同軸度的（de）實現。

　　參考文獻

　　[1]關曉平，李洪傑，王興博，等.數控裁板鋸切削主軸的可靠性分析（xī）[J].林業機械與木工設備，2014（5）：35-37.

　　[2]楊家武，劉夢龍.數控（kòng）車床附加主軸設計及有限元分析[J].森林工程，2015（3）：63-66.

　　[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].林業機械與（yǔ）木（mù）工設備，2015（6）：22-24.

來源：《中國科技博覽》2018年（nián）28期