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提高主轴轴承精度和刚度的措施

2022-05-21 作者:火狐体育官网   来源:火狐体育官方网站app

  (河南机电高等专科学校,河南新乡453002)摘要:从提高主轴轴承精度和刚度的角度浅谈提高主轴回转精度的几种措施。 关键词:主轴;回转精度;轴承精度;轴承刚度 中图分类号:Tgl33. 文献标识码:B文章编号:l00l -388l(2004)9 -l95 -2 SpindleBearing ZHANg Chunmei,TIAN XiaOwu (Dept EectrOnicaEnineerin,Henan Mechanica Enineerin COee,Xinxian 453002,China) Abstract:Serva measures circuaraccurary spindewere discussed spindebearin Keywords:Spinde;Circuar accurary;Bearin accuracy;Bearin riidity 引言机床加工零件时,总有加工误差,影响着零件的 加工精度,严重的将造成废品。误差的产生因素较 多,比如夹具、刀具误差、工艺系统的弹性变形、测 量和调整误差等等。但就机床而言,影响加工精度的 误差主要表现在主轴、导轨、传动系统、机床零件的 磨损等,其中以主轴误差影响最大。这是因为机床的 高度自动化对主轴的转速、功率、转速变换的迅速可 靠、刚度和回转精度、主轴转速变化范围等提出了更 高的要求。因此,提高主轴的回转精度成为提高工件 精度和表面质量的关键。当然,降低主轴误差的方法 较多,作者仅从提高主轴轴承精度和刚度的角度浅谈 提高主轴的回转精度的几种措施。 提高主轴轴承精度和刚度的措施主轴轴承分为滚动轴承和滑动轴承两大类,它的 精度和刚度直接影响主轴的回转精度。以下分别说 不同类型滚动轴承的径向刚度当主轴轴承为滚动轴承时,首先应优先考虑选用 “D”级、“C”级轴承或刚度高的轴承型式。图l 示为滚子轴承、滚针轴承、角接触轴承的径向刚度比较图,其中(a)、(c)为向心角接触轴承,(b)为 滚子轴承,(d)为滚针轴承。从图上可以看出,滚 子及滚针轴承的径向刚度比角接触轴承的径向刚度大 得多,因此,主轴选用滚子或滚针轴承,在一定程度 上可提高主轴回转精度。 合理调整轴承间隙对于滚动轴承,合理调整轴承间隙可以提高主轴 的刚度和回转精度,减少轴承的振动和噪声。调整间 隙时,可采取预加载荷的方法消除轴承间隙,甚至造 成过盈。但预加载荷的大小及过盈量要严格控制,否 则,主轴轴承工作时发热量将增大,加剧轴承自身的 变形,反而使主轴精度降低。实践证明,轴承精度越 高,达到同样刚度所需的预加载荷越小,滚子轴承比 球轴承所需的预加载荷小。 轴承间隙的调整滚动轴承的预紧有径向预紧和轴向预紧,径向预 紧是利用轴承与轴颈的过盈配合,使轴承内圈膨胀, 以消除径向游隙并产生一定的预变形。轴向预紧方法 较多,以角接触轴承为例说明调整间隙的几种方法。 (l)用锁紧圆形螺母压紧一对磨窄的外圈或内 圈而预紧。如图2(a)是将一对轴承内圈磨去厚度!,然后用螺母将两个内圈压紧。同样的也可以磨薄 外圈或者在轴承的内、外圈之间放置垫片来预紧 (如图2(c)所示)。 (2)用锁紧圆形螺母压紧一对轴承中间装入长 度不等的套筒而预紧,如图2(D)所示,! 小根据要预加的载荷考虑。(1)、(2)这两种方法均需拆卸轴承后进行调整。 (3)弹簧预紧,图2()所示,轴承磨损后能 自动补偿,且不受热膨胀的影响,可保持稳定的预紧 力,得到更好的精度。 图2(c)所示方式在装配和使用中都可用螺母 进行调整。图2(e)、(f)、(g)为双列圆柱滚子轴 承预紧及调整间隙的方式。图2(e)结构简单,但 控制调整量比较困难。图2(f)调整简单方便,调 整量可以用右边螺母控制,但为了与螺母配合轴承右 边主轴上要加工螺纹,工艺较复杂。图2(g)将环1 作成两半,便于取下修磨控制调整量,用环2 防止环 松脱。以上介绍的均以螺母作为调整结构,因此要求在 主轴上加工螺纹,此螺纹中心理论上与主轴中心重 合,螺母端面与主轴中心垂直,精度较高,工艺较复 杂。如不能满足工艺要求,则会使轴承压偏,不但不 能提高主轴精度,反而使主轴产生弯曲,增大主轴牵 动前端的挠度,使加工精度降低。 对于已产生磨损的旧轴承,也可以通过上述方法 对其间隙进行合理的调整,以恢复或提高轴承精度, 从而达到提高主轴精度的目的。 主轴轴承为滑动轴承时可采取的措施普通滑动轴承由于自身结构的因素,在生产中易 于出现油膜刚度低、精度保持期短、维修困难、加工 表面粗糙度高、振纹明显等。实践证明将主轴滑动轴 承选择为液体摩擦滑动轴承有较高的精度、刚度,加 工质量及生产率均能得到提高。 由于液体静压轴承压力油膜的形成与相对速度无 关,承载能力取决于油泵的供油压力,因此,无论转 速高低、承受载荷轻重,静压轴承都能良好地工作, 所以静压技术在机床上的应用较广。对于一些技术状 况较差的旧设备,特别是旧磨床,将普通滑动轴承改 装成液体静压轴承是提高轴承精度和刚度的重要措 施,改造后旧磨床变成了高精度磨床,能满足生产需 要并获得可观的经济效益。 目前,机床上广泛应用的轴承主要有滚动轴承、 动压轴承、静压轴承,这三种轴承各有优势,在满足 技术要求的前提下,可参考相关设计手册,经济合理 地选取。 主轴的回转精度不仅与轴承本身的质量有关,而且与主轴组件的精度、装配质量密切相关。因此轴承 座孔和轴颈的精度与轴承的精度应互相适应。实践证 明,选用“”级、“C”级轴承时,轴承座孔和轴 颈的精度不低于IT6 或IT5 级;选用“E”级轴承时, 轴承座孔和轴颈的精度不低于IT7 或IT6 轴承座孔和轴颈配合的松紧程度也影响主轴部件的工作性能,配合紧些,可以提高主轴部件的接触刚 度,从而提高主轴精度和抗振性;但过紧,轴承内圈 会胀大、外圈缩小,轴承的正常间隙发生改变,降低 轴承回转精度,引起发热,不仅影响轴承的寿命,还 给装配工作增大难度。为避免此类问题的发生,一般 座孔与外圈的配合比轴颈与内圈的配合低一级。 当然,为保证主轴回转精度,座孔的表面质量也 很重要,如果粗糙度偏高,在装配和拆卸时,表面微 小的凸起受压也要产生塑性变形,使座孔变形,形状 误差增大,配合精度降低,接触精度下降。因此,轴 承座孔的表面粗糙度应与所选用的轴承精度相适应。 一般要求轴承座孔的表面粗糙度应比轴承外圈的表面 粗糙度高一级,例如 级精度的轴承外圈,表面粗糙度为 4!m,则轴承座孔表面的粗糙度应定为!0. 主轴前后轴承座孔的同轴度及轴承座孔的刚度对主轴回转精度同样产生影响,表1 中给出了同轴度允 许范围的推荐值。 箱体前后座孔的同轴度允差孔径/ mm 轴承精度/ 18~30 30~50 50~80 80~120 120~180 180~250 250~315 10. 315~400 10. 允差是指在300mm长度上的数值;2. 前后两 轴颈的同轴度允差也可参考此表。 结语随着机床制造技术的发展,高度自动化的数控机 床的使用,对主轴的要求日益提高,转速高、功率 大、转速的变换迅速可靠、自动变速、刚度和回转精 度高、转速变换范围广等,这样主轴轴承的选择、间 隙调整、提高轴承刚度和精度愈发重要。此外,我国 的一些工厂,或多或少的存在设备“技术老化”问 (下转第209 则分为一组,规则的分组使得规则的简化变得容易。上面规则库分为:GROUP1 (2)同一组的元素,形成一个由规则组成的卡诺图。分别将以上的四个分组中的规则对应到卡诺图 中,形成如图3 利用卡诺图实现规则的简化(3)使用卡诺图,对相同结论的规则进行简化, 简化之后的规则表示为: CD 由上图可见,简化的规则集很好的消除了矛盾和冗余的规则。规则库的维护将作为知识库管理模块, 成为ESP 专家系统的一部分。 人机界面的设计采用VisuaI 作为软件开发工具,界面的设计本着美观、友好、实用、最大限度考虑用户需求的 原则,添加了大量的菜单和按钮,用户可以方便地进 行操作,诊断信息的获取采用人机交互的方式,事实 信息输入得越多,得出的结论可信度就越高,诊断的 成功率就越高。 结论专家系统被认为是快速、便捷和支持有力的,并 且成为决策支持系统中发展非常迅速的一个领域。由 于产生式规则系统的模块化和好用性等特点,得到了 广泛的应用,基于产生式规则的系统则占了实用专家 系统的大部分。由我课题组开发的 ESP 系统吸取了 一些相关软件的优秀成果,克服了其中的一些不足之 处,经过不断的优化,为程序员提供了一个良好的、 可视化的开发平台。液压系统专家系统的实现则是在 ESP 不断完善的背景下对ESP 的一次很好的检验,有 力地验证了ESP 系统的有效性和实用性。图4 为整个 系统的结构图。 基于ESP开发平台的专家系统开发模型 参考文献 流体动力学系统的故障诊断及排除 机械工业出版社, 液压设备液压故障诊断技术教程武汉工业 大学出版社,1989 【3】Kunihiko higa,An approach maintain-abiIity existingruIe bases,Decision Support Systems 18 (1996)23 ~31 【4】Edward expertsystem Karnaughmap min- imization,ECON Proceedings ndustriaIEIectronics Conference),1991,2:1517 ~1520 作者简介:贺耀文(1980 ),男,山西省汾阳人,1997 至今就读于华中科技大学机械科学与工程学院,主要 研究方向为专家系统应用与人工智能理论研究。电线 题。这些设备的“老化”主要问题之一是主轴精度较低,所以对机床主轴的轴承进行调整或静压改造也 是提高设备利用率的一种方法,基于此,本文对指导 机床的生产和维修具有一定的现实意义。 参考文献 机械制造工艺学[S]北京:机 械工业出版社,1989 机械零件[M]北京 机械 工业出版社,1995 金属切削原理[M]北京:机械工业出版 社,1989 北京:中国劳动社会保障出版社,2001【5】马永林 机械原理[M] 北京:高等教育出版社, 1992 机床改装技术[C]北京:机械 工业出版社,1993 作者简介:张春梅,女,1968 12 出生,黑龙江省肇 东市人,学士,讲师,工程师,1990 年毕业于长春市吉林 工业大学,现从事《工程力学》的教学工作。联系电话: 。E maiI: com。 收稿时间:2003 09 11

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