磨床精度與滾動(dòng)軸承的應(yīng)用
2020-03-27 沈鐘
(上海機(jī)床廠有限公司)
磨床的主軸承有滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承兩大類。其中滑動(dòng)軸承又有動(dòng)壓、靜壓、動(dòng)靜壓等多種類型。各磨床制造廠有其不同的結(jié)構(gòu)形式,并有自己的系列規(guī)格。因此磨床滑動(dòng)軸承都不通用,由各制造廠自己設(shè)計(jì)制造并在售后為用戶提供備品配件。
隨著滾動(dòng)軸承制造技術(shù)的進(jìn)步,滾動(dòng)軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)性能、精度和壽命等方面有了很大提高。在磨床主軸承設(shè)計(jì)中逐漸地改變著以滑動(dòng)軸承為主導(dǎo)地位的狀況,現(xiàn)在磨床砂輪主軸承設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中,應(yīng)用滾動(dòng)軸承的除傳統(tǒng)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(yīng)用,而變頻調(diào)速的電主軸則是典型的滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu),且因陶瓷滾珠的應(yīng)用進(jìn)一步提高了滾動(dòng)軸承的高速運(yùn)轉(zhuǎn)性能。
磨床常用軸承
磨床主軸承通常應(yīng)用如下幾類滾動(dòng)軸承:
?。?)成對(duì)主軸軸承(徑向推力球軸承)
平面、內(nèi)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(轉(zhuǎn)動(dòng)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(轉(zhuǎn)動(dòng)型)。
?。?)雙列滾柱軸承
雙端面磨床、輥環(huán)磨床砂輪主軸承和軋輥磨床頭尾架主軸承(轉(zhuǎn)動(dòng)型)。
以下各圖為磨床中應(yīng)用泛的主軸軸承中具有代表性的幾種主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。圖1為內(nèi)圓磨軸,圖2為蝸桿砂輪磨齒機(jī)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(nèi)、外圓磨床)的滾動(dòng)軸承頭架,采用了空心圓錐滾子軸承。該軸承生產(chǎn)廠分三個(gè)精度等級(jí),見附表所示。
據(jù)稱還可為用戶提供0.2~0.3μm的超精等級(jí)。
對(duì)軸承的精度要求
現(xiàn)以蝸桿砂輪磨齒機(jī)砂輪主軸的精度為例說明。
對(duì)砂輪主軸系統(tǒng)的綜合要求為:
?。?)砂輪主軸定心錐面的徑向圓跳動(dòng)公差0.002mm(見圖5)。
?。?)砂輪主軸的軸向竄動(dòng)公差0.0015mm。
?。?)低速修整(100r/min),高速磨削(1500~2000r/min),低、高速精度應(yīng)一致無變化。
?。?)軸承溫升小,無需空運(yùn)轉(zhuǎn)熱穩(wěn)定時(shí)間。
(5)砂輪法蘭與主軸同錐體接觸穩(wěn)固,砂輪夾緊可靠。
?。?)機(jī)床砂輪修整傳動(dòng)鏈精度穩(wěn)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(jīng)嚴(yán)格動(dòng)平衡,再裝上機(jī)床精修整螺旋線。
因?yàn)槲仐U砂輪磨齒機(jī)的砂輪螺旋面(即蝸桿砂輪的左、右工作齒面)是直接在機(jī)床上用金剛石滾輪借助砂輪修整系統(tǒng)修磨出的,故上述1、2項(xiàng)誤差將影響砂輪螺旋線的精度,尤其砂輪主軸的軸向竄動(dòng)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(duì)砂輪主軸的精度考核,實(shí)質(zhì)上是對(duì)主軸承回轉(zhuǎn)軸心軌跡的考核,也就是軸心線的徑向圓跳動(dòng)和軸線竄動(dòng)的考核。為減小誤差,在裝配時(shí)需注意徑向圓跳動(dòng)方位的調(diào)整(這里的徑向圓跳動(dòng)還包含了圓度)。圖6為前后軸承的徑向圓跳動(dòng)方位在同側(cè)與異側(cè)的差別,可見應(yīng)處于同一側(cè),這樣在砂輪工作位置的回轉(zhuǎn)軸心徑向偏移量最小,砂輪的端面偏擺量也小。
對(duì)軸承要求:
(1)接觸角25°成對(duì)軸承,輕預(yù)加載荷,精度等級(jí)P2或P4S。
?。?)壽命長(zhǎng)。
?。?)少量潤(rùn)滑脂,在壽命期內(nèi)無需添加。
?。?)2000r/min時(shí)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(yù)加負(fù)載,轉(zhuǎn)速較低,壽命就不是主要問題了,其精度要求實(shí)質(zhì)上與上述蝸桿砂輪磨齒機(jī)的砂輪主軸要求相同,但對(duì)工件主軸的軸向竄動(dòng)公差更應(yīng)該控制住0.001mm以內(nèi),為軸向竄動(dòng)誤差將直接轉(zhuǎn)嫁為工件螺紋的螺旋線誤差(P2π)。為了達(dá)到這一要求可采取的措施為:
?。?)改變的安裝方位
因的莫氏錐體與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(duì)位置的變位可以得到一定的誤差補(bǔ)償,以提高精度。
(2)用卡盤夾緊工件
如果偏差較大,則可不用工藝的中心孔定位,而用卡盤夾工件來磨螺紋。實(shí)際上就是類似磨內(nèi)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(dòng)作為主軸的工作精度,當(dāng)然工藝上應(yīng)設(shè)置安裝測(cè)量基準(zhǔn)。
?。?)滾道主軸合為一體
這樣取消了軸承內(nèi)孔與軸頸的配裝環(huán),滾逍精度可達(dá)到條件。就如圖7所示的工件架主軸結(jié)構(gòu)??梢娭圃鞆S為了獲得理想的滾道精度所采取的工藝力度。
?。?)用修磨裝置
以軸承滾道為基準(zhǔn)來修磨頂面,使二者同軸度達(dá)到狀態(tài)。如果工件頭架可以轉(zhuǎn)位30°,則可由本身機(jī)床砂輪來磨出。當(dāng)然前提是主軸承滾道的徑向、軸向精度是滿足要求的。
結(jié)語
為了利用好高精度軸承,穩(wěn)定地制造出相應(yīng)等級(jí)的機(jī)床,需要在環(huán)境、設(shè)備、計(jì)量條件和工藝規(guī)程、操作規(guī)范、人員培訓(xùn)等方面與之適應(yīng)。
目前磨床制造廠根據(jù)大多數(shù)用戶在合同中的要求,采用進(jìn)口軸承。隨著國(guó)產(chǎn)軸承性能、精度、壽命等各項(xiàng)指標(biāo)的提高,應(yīng)該有選擇地逐漸加大應(yīng)用國(guó)產(chǎn)軸承的力度,促進(jìn)軸承制造業(yè)的發(fā)展和提高。