主轴轴承预紧力在数控维修中的应用.pdf

2014年2
机床与液压
eb.2014
第42卷第4期
MACHINE TOOL&HYDRAULICS
Vol 42 No 4
DOI:10.3969/ l. Issn.1001-3881.2014.04.0)42
主轴轴承预紧力在数控维修中的应用
张翔宇,李世文,朱显著
天津职业技术师范大学,天津30022
摘要:介绍∫了计算轴承预紧力崙要考虑的因素,研究了轴承紧力的计算方法及数控机床主轴轴承预紧的方法,详细
阐述了以预紧力为依据的机床主轴预紧的方法。该方法用在机床主轴的安装及维修中,可以成功恢复高转速、高精度机床
主轴的精度
关键词:机床主轴;轴承预紧力;数控维修
中图分类号:TH133
文献标识码:B文章编号:1001-3881(2014)4-127
对于机床来说,其加工精度很大程度上取决于主转速以下为低速;实际转速在0.001倍极限转速以下
轴系统的精度。随着机床长时间的使用,机床在使用为极低速运行状态。在实际工作过程中,可以根据刘
过程中发生碰撞及大强度切削,机床的加工精度在降分的转速区间大致确定轴承在工作情况下的发热情況。
低。维修人员在维修的过程中,对主轴轴承预紧力考
温升是制约主轴转速的一个关键因素,它不仅仅
虑不够全面,影响机床加工精度的恢复。文中给出主与主轴轴承的安装方式有关,述与轴承材料有关。在
轴轴承预紧力计算需要考虑的因素,提出解决办法,高速电主轴上采用陶瓷轴承,这种材料的轴承可以在
以提高机床的加工精度
高转速下产生很小的温升。那么山于温升产生的热变
1机床设计过程中基于预紧力的考虑因素
形非常低,从而进一步提高了机床的加工精度。
(1)预紧力与轴系刚度的关系
2在数控维修中预紧力的估算方法
机床预紧力与轴系刚度紧密相关,机床轴系刚度
在设计机床时,计算轴承预紧力有很多方法,如
是衡量机床性能的一个主要指标。对于高精度机床,定量分析法、限元分析法。这些方法计算出的结果比
轴系必须要有一定的刚度,特别是机床主轴。这个指较精准,在机床设计领域是比较合适的。设计时既要
标就决定了机床的加工精度。轴系的刚度是通过提高考虑静态过程又要考虑动态过程,这样就使设计预计
轴承刚度实现的,对轴承施加预紧力把轴承的游隙消力的计算模型变得纷繁复朵,如果对数控维修人员也
除,变为小过盈的状态,是轴承的径向与轴向刚度同沿用设计者所采用的计算模型,是行不通的。文中介
时提升的主要方法。施加的预紧力大小与轴承、轴系绍一种更适合数控维修人员应用的方法:条件综合分
刚度近似成正比关系
析实验法。
(2)预紧力与机床载荷的关系
该方法首先要考虑机床对预紧力的需求。主要关
载荷不同的机床需要的预紧力不同,机床的工作注两个因素:轴系的刚度和温升效应。主要原因是由
载荷大体可分为:轻载、中载、重载3种。对于重载于轴系刚度和温升效应是相互.之间矛盾的两个变量
荷加工机床,主轴需要较强的刚度以便减少加工时发如果施加较大预紧力则会获得较好的刚度,但会使整
生的二次主轴变形。一般来讲载荷越大,需要的预紧个轴系的温升效应变得明显进而影响轴承的使用寿
力越大,对于轴系刚度要求越高。
命,严重的会造成轴系卡死。反之,在一个预紧力不
(3)工作转速与温升的关系
足的轴系中,温升效应得以避免但山于刚度不足造成
转速越高温升效应越明显,所需要的预紧力较切削精度不够,同样也会影响到机床的使用效果。
低。一般米讲要分段考虑转速以判断预紧力的大小。
其次要根据机床说明书米判断该种机床是以考虑
在机械设计手册中査到转速共分为5种:实际速度在顶紧力为主还是以考虑温升效应为主或者两者都要予
极限转速之上为超高速运行;实际速度在0.3~0.5以考虑
倍极限转速范围内为高速运行状态;实际转速在0.
预紧力的具体佔算方法如下
倍极限转速以下时为中速;实际转速在0.01倍极限
1)考虑机床类型
收稿日期:2013-01-23
作者简介:张荆守(1984-),助理实验师,研究方向为机械制造工艺技术。F.-mail:shd84126.com
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机床j液斥
第42卷
不同类型不同型号的机床,需要的预紧力有明显
定位预紧中实现预紧的方案有两种:第一种是采
的差別。对于车床、侁床、磨床、加工中心、车削中用隔套,通常根据轴承内外圏尺寸制作内外網隔套,
心等不同类型的加工机床,在正常加.时的工作载使内外圏隔套长度不同,造成轴承内外圏分离,使滚
荷、工作转数是不同的,这样就导致考虑须紧力的指动体接触面秋増大同时承受一定的轴向力与径向力;
标发生了变化。例如磨床的工作状态是轻载高速的工第二种方案,使用任意组合轴承。VMC380加工中心
作状态,整个主轴轴系需要以考虑温升为主,载荷为就是采用了任意组合轴承。该轴承在出厂时就已经有
径载,轴系需要的刚度相对较低,施加的预紧力相对
定的预紧力在轴承中。该种轴承一般进?机床上比
较低。年、铣床与型号有很大的关系,机床型号本身较常见。
代表了机床的承载能力。一般来讲要综合机床的加工
3)考虑工作转速对预紧力的影响
载荷与工作转速考虑预紧力的大小,但是以满足机床
转速越高温升效应越明显,所需要的预紧力较
刚度为主施加预紧力。如果机床主轴在施加顶紧力之低。一般来讲要分段考虑转速,以判断预紧力的大
后,刚性得到满足但是温升效应变得重,如果降低小。
预紧力机床加工精度不能满足,在这种情况下就需要
(4)基本计算公式
史换轴承,选择材料温升不明显的轴承
载荷区间根据机械于册区分:实际载荷在额定动
(2)根据主轴结构原理图来判断机床是否为重载荷/7.5以上为重载荷:实际载荷在额定动载荷/15
切削机床
以上为中载荷;实际载荷在额定动载荷/30以上时为
了解机床主轴结构图是维修机床准备工作之一。轻载荷;实际载荷在额定动载荷/175时为微载。
通过阋读机床主轴结构图,分析机床的拆釦步骤,并
轴承预紧力的估算:对于一般向心球轴承、角接
且可以根据机床主轴轴承的组合判断机床是否为重切
触球轴承,重载荷下预紧力为额定动载荷/25,中载
机床。重切削机床对轴系刚度要求高,所以需要较荷下预紧力为额定动载荷50,轻载荷下预紧力为额
大的预紧力。是否为重切削机床的一个特征就是主轴
定动载荷/100,微载荷下预紧力为额定动载荷/500
前段支持是否采用并向安装的角接触球轴承。以
对于岚锥滚子轴承,重载荷下预紧力为额定动载荷
为例分析主轴机床类型:图中主轴前端支撑采用一?
20,中等载荷下预紧力为额定动载荷/40,轻载荷下
角接触球轴承1并向安装,符合重切削机床的主要特
预紧力为额定动载荷/80,微载荷下预紧力为额定动
征,通过定位隔套2实现对轴承1和3的预紧。上端
载荷/400。
轴承4采用背背安装的角接触球轴承,这和结构可3基于预紧力的标准轴承隔套的设计
以减少主轴温升。
现阶段轴承预紧隔套设计还是以经验为主。设计
该预紧力需要很长时间的经验积累,并且对于预紧力
和温升要求较高的机床很难通过经验解决这种问题
特别是采用任意组合轴承进行轴承预紧的机床,仅能
通过购买原厂轴承而不能利用通用轴承进行替代。这
些问题一直困扰着数控维修人员,经过多次实践后总