陳震華

（杭州市(shì)輕工技工學(xué)校(xiào)）

現代機床主軸(zhóu)部件的剛度,是反映主軸部件結構性能的主要指标,它綜合反映主軸和軸承的變形,直接(jiē)與機床加工精度有關。而高速主軸是機床的關鍵部件之(zhī)一,因此設計(jì)高精度數控機床的主軸(zhóu)組件時,更應滿足高剛度的要求。主軸部件的(de)剛度(dù)大小通常以(yǐ)使主軸前端施加一定作用力,在力的方向上所産生(shēng)的位移來衡(héng)量。這被稱為端部“撓度(dù)”的位移,是設計主軸部件(jiàn)的重要參(cān)數,許用撓(náo)度的大小對主軸部件的剛度有決定性影響,也決定機(jī)床的使用性能(néng)。筆者在(zài)此用統計、計算和實測分析比較的(de)方(fāng)法,讨論現代機(jī)床(包括數控、精密和通用機床)主軸的許用撓度問(wèn)題,論證了目前常用的許用撓度式在應用中存在的局(jú)限性。

一、[y]=0.0002L式的來(lái)源

目前,主軸部件剛(gāng)度的許用值大多是(shì)取主軸端部的位移、前軸承處的轉角、齒輪齧合處(chù)的轉角和不産生顫振的最大切削寬度(dù)等幾個方面(miàn)常用一(yī)些經驗數據和公式來确定(dìng),尚未作出統一規(guī)定。其中,在主軸(zhóu)端部位移方面,往往用下列内容來控制:

第一,精加工機床主軸端部位移不超過(guò)主軸允許徑向跳動的三分之一;

第二,一般機床用主軸端部撓度[y]=0.0002L。

到目前為止,許用撓度在我國的應(yīng)用依舊比較廣(guǎng)泛,各(gè)類學校的教材中還(hái)經常引用該經驗公式。我國大多數機床研究方面(miàn)的教材内(nèi)容都來自前蘇聯,其中前蘇聯的烈歇托夫和阿切(qiē)爾康(kāng)等早年對(duì)軸和主軸許用撓度做過(guò)權威(wēi)論述。

二、典型機床的撓度計算值

由于機床的主軸類型很多,為了(le)選擇結構和性能較典型的示例來說明問題,特用幾台典型(xíng)車床的主(zhǔ)軸端部撓度計算為例。在計算過程中,根據支(zhī)承的形式不同,分成如下三種計算形式:兩支承結構形式;三(sān)支承結構,以前中(zhōng)支承為(wéi)主要支承;三支承結構,取前(qián)後支承為主要支承。

通(tōng)過計算得出(chū)典型主軸端部撓度計算結果詳見(jiàn)表1,并與[y]=0.0002L許用值作比較。

為了便于比較、分析(xī),計算時每種類型主軸(zhóu)組件都(dōu)作如下簡化:主軸為等截面,其直徑取(qǔ)平均直徑;主軸支承隻考慮徑向軸承剛度,略去(qù)推力軸(zhóu)承的抗彎能力;機床主軸前端承受的額定載荷取4900牛頓(dùn);靜(jìng)剛度計算,略去傳動力。

為了便于分析,特(tè)選已進行撓度計算的八台車床為例,進(jìn)行實測撓度(dù)值與許用值[y]=0.0002L值作一比較,得到表2結果。

三、相關分析

由上述統計、計(jì)算表1和表2表明,用許用撓度[y]=0.0002L式許用值過大,缺乏實際意義。因而,用它來控制主軸端(duān)部位移是(shì)不适當的。

從曆史背景來看,根據上個世紀四五十年(nián)代的研究成(chéng)果,當時的生産水平(píng)決定了機床的剛度要求(qiú)相對還較低(dī)。烈歇托夫和阿切爾康都是從齒輪傳動軸的剛度要求出發的,又主要是指軸承之間的最大撓度,且沒有對(duì)精加工和半精加工機床的最大撓度作分析。近年來俄羅斯出版的設計(jì)教材,己經删去了[y]=0.0002L這塊内容的論(lùn)述。說明随着生(shēng)産水平的提高和設(shè)計實踐,己反映該式存在着很大的局限性,不宜再作為(wéi)許用撓度的計算标準了。

生産(chǎn)實際表明,評價主軸剛度應以使用性能為基礎,對于不同用途(主要指加工(gōng)精度)的主軸對其變形要求也(yě)不同。對精加工和(hé)半精加(jiā)工機床的(de)主軸(zhóu),主軸剛度(dù)應以保證工件加工(gōng)精度為基礎。由于(yú)主(zhǔ)軸端切削點的撓度直(zhí)接影響加工精度,因此變形應指主軸端撓度,即主軸(zhóu)剛度應以其軸端剛度作為衡量(liàng)标準(zhǔn)。通(tōng)常應(yīng)該取主軸允許(xǔ)徑向(xiàng)跳(tiào)動δ的1/3,在(zài)設計(jì)主軸時,主軸允許(xǔ)徑向跳動δ通常規定為尺寸公(gōng)差△的1/3。因此,精加工和半(bàn)精加工的機床,主軸端許用撓度[y] ≤△/9。對(duì)粗加工機(jī)床的主軸(zhóu),主軸剛度應以保證(zhèng)主軸傳(chuán)動件正常工作為基礎。由于主軸支承中(zhōng)間的撓度影(yǐng)響傳(chuán)動齒輪工作,一(yī)定(dìng)程度上(shàng)反映主軸前後軸承的轉角,因(yīn)此變形應指軸(zhóu)間撓度,即主軸剛(gāng)度應以其軸間剛度(dù)作為衡量标準(zhǔn)(按齒輪傳動(dòng)軸的剛度要求,取(qǔ)[y]=0.0002L,兩者不能混用)。

[y]=0.0002L式,是以(yǐ)齒輪傳動軸的剛度要求出發的,是滿足齒輪正常工作條件的軸間許用撓度,它不能作為主軸端部撓度的許用值,更不能作為精加工和半精加工機(jī)床主軸的撓度控制條件,隻能(néng)作為粗加工機床主軸的軸間撓度控制條件。主軸剛度(dù)許用值要(yào)以使用性能為基礎,并由(yóu)此确定有(yǒu)關主軸參(cān)數(shù)。

來源：《職(zhí)業》

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