摘要：主軸組件是機(jī)床重要的組成部分之一，機(jī)床工作時(shí)，由主軸夾持工件或刀具直接參加表面成形運(yùn)動(dòng)，是機(jī)床實(shí)現(xiàn)切削加工的終端執(zhí)行件，直接影響加工質(zhì)量和生產(chǎn)率。因此在生產(chǎn)中對(duì)主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度、靜剛度、抗振性、熱變形及耐磨性等性能都有較高要求，本文僅對(duì)提高主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度的措施進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述。
在加工零件時(shí)，總會(huì)產(chǎn)生加工誤差，影響零件的精度，嚴(yán)重的造成廢品。根據(jù)大量的實(shí)踐證明，影響加工精度的因素主要有理論設(shè)計(jì)誤差、機(jī)床的制造誤差及部件磨損、夾具誤差、刀具誤差、工藝系統(tǒng)的彈性變形與熱變形、工件本身力學(xué)性質(zhì)引起的誤差及操作人員測(cè)量誤差等，就機(jī)床而言，主軸組件是決定工件（刀具）位置及運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵件，其旋轉(zhuǎn)精度誤差對(duì)零件的加工精度和表面粗糙度有很大影響，提高主軸組件旋轉(zhuǎn)精度就可以提高機(jī)床加工精度。
主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指機(jī)床裝配后，無(wú)載荷、低速的條件下，主軸前端安裝工件或刀具部位的徑向和軸向的跳動(dòng)值。提高主軸的旋轉(zhuǎn)精度，除必須保證主軸及軸承一定的精度外，還可以采取工藝上的措施。
（1）裝配后精加工。對(duì)于數(shù)控機(jī)床其主軸比較精密，要求有足夠高的剛度和回轉(zhuǎn)精度，機(jī)床制造中，對(duì)于軸系零部件的加工精度要求較高，通過(guò)逐一控制零件加工質(zhì)量使整機(jī)達(dá)到一定的精度指標(biāo)非常困難，例如坐標(biāo)鏜床主軸組件，主軸錐孔軸線(xiàn)跳動(dòng)允差僅為0.001～0.002mm。如果全靠主軸或軸承的精度來(lái)保證，那就將對(duì)其提出目前無(wú)法達(dá)到的精度要求。為了保證主軸組件的精度，工藝上采取了先裝配后精加工的方法，先裝配好，以主軸兩端錐孔為基準(zhǔn)，在精密外圓磨床上精磨主軸套筒的外圓，再以套筒外圓為基準(zhǔn)，精磨主軸錐孔。精磨完畢檢驗(yàn)合格后拆卸清洗，再裝配就是成品了。這類(lèi)機(jī)床在維修時(shí)，如需拆卸軸承，在拆卸前需在軸承外環(huán)與箱體或套筒孔之間、軸承內(nèi)環(huán)與軸頸之間作好標(biāo)記，否則，重新裝配時(shí)一旦錯(cuò)位，就不能保證拆卸前的精度，事倍功半。
（2）誤差選配法。對(duì)于帶錐孔的主軸，測(cè)量其主軸旋轉(zhuǎn)精度時(shí)需在其主軸錐孔配合測(cè)量棒，測(cè)量棒端部的徑向跳動(dòng)量，等于由前軸承產(chǎn)生的誤差a、由后軸承產(chǎn)生的誤差b和由主軸錐孔的加工誤差c三者向量和的2倍，a、b、c都是有一定方向的，因此，這三項(xiàng)誤差如果按一定的方向裝配可以使誤差相互抵消。首先，測(cè)出前后軸承內(nèi)圈的徑向跳動(dòng)量Δa、Δb及其方向，就可計(jì)算出a、b。a、b的方向分別由Δa、Δb的方向決定。把主軸（不裝軸承）放在V形鐵上，可以測(cè)出錐孔的加工誤差c的大小、方向。調(diào)整前后軸承內(nèi)圈與主軸的位置，把這三個(gè)誤差調(diào)整成一條直線(xiàn)上，使其中較小的兩個(gè)（a、b）朝一個(gè)方向，最大的（c）朝另一個(gè)方向，這樣誤差可縮小為d，但不能完全抵消，如圖1所示。如果照?qǐng)D2進(jìn)行選配，可以完全抵消，但需要精確作圖計(jì)算a、b、c三者夾角值。
圖1
機(jī)械生產(chǎn)中，面對(duì)主軸組件旋轉(zhuǎn)精度不十分理想的機(jī)床，可通過(guò)一定的技術(shù)手段使其加工出合格的產(chǎn)品，一般采用如下幾種方法：
（1）消除主軸回轉(zhuǎn)誤差的措施。如果機(jī)床主軸本身回轉(zhuǎn)精度較低，可以設(shè)計(jì)合適的撥盤(pán)，使傳動(dòng)和定位分開(kāi)，消除主軸徑向跳動(dòng)引起的誤差。如圖3所示為主軸精度不高的外圓磨床磨削精度較高零件的工作圖，采用撥盤(pán)帶動(dòng)零件旋轉(zhuǎn)，主軸頂尖不轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣主軸的誤差不能影響到零件。
（2）誤差選配法的具體應(yīng)用。在造成零件誤差的諸多因素中，把其中一個(gè)或幾個(gè)誤差的方向改變一下，使其誤差值方向相反，盡量相互抵消，從而提高零件的加工精度，達(dá)到以粗干精的目的。如圖4所示，普通精度的立式銑床銑削精密鍵槽，由于夾頭套和銑刀夾頭都有偏心誤差，則銑刀安裝的偏心距為e1+e2，因此銑出的鍵槽寬度差為2（e1+e2）。若把銑刀夾頭旋轉(zhuǎn)180o，則銑刀的安裝偏差為最小，即等于e1-e2。當(dāng)e1=e2時(shí)，銑刀夾頭的軸線(xiàn)與主軸的軸線(xiàn)重合。若主軸中心偏心振擺過(guò)大，還可以繼續(xù)調(diào)整夾頭套的偏心與主軸的偏心相抵消，進(jìn)一步提高鍵槽寬度的加工精度。當(dāng)然，這樣做還需要對(duì)主軸及立銑刀夾頭的精度進(jìn)行認(rèn)真測(cè)試，否則會(huì)適得其反。
圖2
圖3 外圓磨床主軸部分結(jié)構(gòu)圖
（3）“自干自”的加工方法。“自干自”的加工方法在生產(chǎn)中應(yīng)用較多，它是指在需要保證位置關(guān)系的兩部件之間，選擇一個(gè)裝上刀具去加工另一個(gè)。這種方法不但在機(jī)床裝配中用來(lái)達(dá)到最終精度，而且在零件的機(jī)械加工中也常常作為保證加工精度的有效措施。比如在車(chē)床上用三爪自定心卡盤(pán)加工零件時(shí)要求三爪自定心卡盤(pán)的內(nèi)支撐面的中心與車(chē)床主軸軸線(xiàn)同心，如果二者不能保持同心，則零件加工表面與基準(zhǔn)面就不能同心，加工的零件就會(huì)超差，如圖5所示。為了克服這種主軸與三爪自定心卡盤(pán)相互位置精度不高造成零件超差的弊端，可以利用“自干自”的加工方法。即利用車(chē)床主軸軸線(xiàn)的回轉(zhuǎn)精度，修去三爪自定心卡盤(pán)中心對(duì)主軸回轉(zhuǎn)中心的偏心量。如圖6所示，修理三爪自定心卡盤(pán)時(shí)在其卡爪間夾持一圓盤(pán)，使三爪自定心卡盤(pán)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生與工作時(shí)相似的應(yīng)力，然后進(jìn)行精鏜或精磨，使車(chē)床主軸與三爪自定心卡盤(pán)中心有較高的同軸度。這種方法得到的主軸與三爪自定心卡盤(pán)的同軸度一般較車(chē)床主軸精度低，最多等于車(chē)床主軸的精度，所以車(chē)床主軸的精度限制了三爪自定心卡盤(pán)的修磨精度，且如果經(jīng)修磨的三爪自定心卡盤(pán)再用于其他機(jī)床時(shí)還需重新修磨，才能保證三爪自定心卡盤(pán)在該機(jī)床上的定心精度，所以這種方法的應(yīng)用有一定的局限性。
圖4 銑削精密鍵槽時(shí)刀具安裝簡(jiǎn)圖
圖5 三爪自定心卡盤(pán)與主軸偏心示意圖
圖6 修磨三爪自定心卡盤(pán)示意圖
1.三爪自定心卡盤(pán)軸線(xiàn) 2.基準(zhǔn)面 3.卡爪4.主軸軸線(xiàn) 5.工件
機(jī)床的高度自動(dòng)化，對(duì)機(jī)床主軸提出更高的要求，首先有足夠高的轉(zhuǎn)速和大的功率，以適應(yīng)高效率加工的需要；其次主軸轉(zhuǎn)速的變換迅速可靠且主軸轉(zhuǎn)速范圍很廣，一般能自動(dòng)變速；再次主軸應(yīng)有足夠高的剛度和旋轉(zhuǎn)精度，以滿(mǎn)足產(chǎn)品精度需要；由于主軸組件精度對(duì)零件質(zhì)量影響較大，所以要求設(shè)計(jì)人員在選擇機(jī)床傳動(dòng)方式、變速箱體結(jié)構(gòu)與精度設(shè)計(jì)、主軸軸承型號(hào)的選擇與配置和主軸組件的設(shè)計(jì)等方面作相關(guān)論證，以達(dá)到主軸剛度高、旋轉(zhuǎn)與運(yùn)動(dòng)精度高、散熱條件好和熱變形小的效果。解決提高主軸精度問(wèn)題，不僅在機(jī)床的設(shè)計(jì)制造階段加以重視，而且更應(yīng)該注意在應(yīng)用中如何提高機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度，基于此，本文在指導(dǎo)機(jī)床的生產(chǎn)和維修中有一定的現(xiàn)實(shí)意義。