要从两边同时进行加工;支撑跨距比较短的,可以从一边(丛大孔方面进刀)伸进镗杆,同时加工各孔;对中间孔径比两端大的箱体,镗中间孔必须在箱内调刀,设计时应尽可能避免。
既要满足承载能力的要求,又要符合孔加工工艺,可以用轻、中或重系列轴承来达到支撑孔直径的安排要求。
两孔间的最小壁厚,不得小于5~10mm,以免加工时孔变形。 花键轴两端装轴承的轴颈尺寸至少有一个应小于花键的内径。 一般传动轴上轴承选用G级精度。
传动轴必须在箱体内保持准确位置,才能保证装在轴上各传动件的位置正确性,不论轴是否转动,是否受轴向力,都必须有轴向定位。对受轴向力的轴,其轴向定位就更重要。
回转的轴向定位(包括轴承在轴上定位和在箱体孔中定位)在选择定位方式时应注意: a轴的长度。长轴要考虑热伸长的问题,宜由一端定位。 b轴承的间隙是否需要调整。 c整个轴的轴向位置是否需要调整。
d在有轴向载荷的情况下不宜采用弹簧卡圈。 e加工和装配的工艺性等。
11.7 主轴组件设计
主轴组件结构复杂,技术要求高。安装工件(车床)或者刀具(铣床、钻床等)的主轴参予切削成形运动,因此它的精度和性能直接影响加工质量(加工精度和表面粗糙度),设计时主要围绕着保证精度、刚度和抗振性,减少温升和热变形等几个方面考虑。
①各部分尺寸的选择
主轴形状与各部分尺寸不仅和强度、刚度有关,而且涉及多方面的因素。 a轴颈直径
前支撑的直径是主轴上一主要的尺寸,设计时,一般先估算或拟定一个尺寸,结构确定后再进行核算。
b前锥孔直径
前锥孔用来装刀具或其他工具锥柄,要求能自锁,目前采用莫氏锥孔。
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c支撑跨距及悬伸长度
为了提高刚度,应尽量缩短主轴的外伸长度a。选择适当的支撑跨距L,一般推荐取:L/a=3~5,跨距L小时,轴承变形对轴端变形的影响大。所以,轴承刚度小时,L/a应选大值,轴刚度差时,则取小值。
跨距L的大小,很大程度上受其他结构的限制,常常不能满足以上要求。安排结构时力求接近上述要求。
②主轴轴承 a轴承类型选择
主轴前轴承有两种常用的类型:
双列短圆柱滚子轴承。承载能力大,可同时承受径向力和轴向力,结构比较简单,但允许的极限转速低一些。
与双列短圆柱滚子轴承配套使用承受轴向力的轴承有三种:
60°角双向推力向心球轴承。是一种新型轴承,在近年生产的机床上广泛采用。具有承载能力大,允许极限转速高的特点。外径比同规格的双列圆柱滚子轴承小一些。在使用中,这种轴承不承受径向力。
推力球轴承。承受轴向力的能力最高,但允许的极限转速低,容易发热。
向心推力球轴承。允许的极限转速高,但承载能力低,主要用于高速轻载的机床。 b轴承的配置
大多数机床主轴采用两个支撑,结构简单,制造方便,但为了提高主轴刚度也有用三个支撑的了。三支撑结构要求箱体上三支撑孔具有良好的同心度,否则温升和空载功率增大,效果不一定好。三孔同心在工艺上难度较大,可以用两个支撑的主要支撑,第三个为辅助支撑。辅助支撑轴承(中间支撑或后支撑)保持比较大的游隙(约0.03~0.07mm),只有在载荷比较大、轴产生弯曲变形时,辅助支撑轴承才起作用。
轴承配置时,除选择轴承的类型不同外,推力轴承的布置是主要差别。推力轴承布置在前轴承、后轴承还是分别布置在前、后轴承,影响着温升后轴的伸长方向以及结构的负责程度,应根据机床的实际要求确定。
在配置轴承时,应注意以下几点: 每个支撑点都要能承受径向力。
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两个方向的轴向力应分别有相应的轴承承受。
径向力和两个方向的轴向力都应传递到箱体上,即负荷都由机床支撑件承受。 c轴承的精度和配合
主轴轴承精度要求比一般传动轴高。前轴承的误差对主轴前端的影响最大,所以前轴承的精度一般比后轴承选择高一级。
普通精度级机床的主轴,前轴承的选C或D级,后轴承选D或E级。选择轴承的精度时,既要考虑机床精度要求,也要考虑经济性。
轴承与轴和轴承与箱体孔之间,一般都采用过渡配合。另外轴承的内外环都是薄壁件,轴和孔德形状误差都会反映到轴承滚道上去。如果配合精度选的太低,会降低轴承的回转精度,所以轴和孔的精度应与轴承精度相匹配。
e轴承间隙的调整
为了提高主轴的回转精度和刚度,主轴轴承的间隙应能调整。把轴承调到合适的负间隙,形成一定的预负载,回转精度和刚度都能提高,寿命、噪声和抗震性也有改善。预负载使轴承内产生接触变形,过大的预负载对提高刚度没有明显的小果,而磨损发热量和噪声都会增大,轴承寿命将因此而降低。
轴承间隙的调整量,应该能方便而且能准确地控制,但调整机构的结构不能太复杂。双列短圆柱滚子轴承内圈相对外圈可以移动,当内圈向大端轴向移动时,由于1:12的内錐孔,内圈将胀大消除间隙。
其他轴承调整也有与主轴轴承相似的问题。特别要注意:调整落幕的端面与螺纹中心线的垂直度,隔套两个端面的平行度都由较高要求,否则,调整时可能将轴承压偏而破坏精度。隔套越长,误差的影响越小。
螺母端面对螺纹中心线垂直度、轴上和孔上套简两端平行度等均有严格的精度要求。 ③主轴与齿轮的连接
齿轮与主轴的连接可以用花键或者平键;轴做成圆柱体,或者锥面(锥度一般取1:15左右)。锥面配合对中性好,但加工较难。平键一般用一个或者两个(相隔180度布置),两键不但平衡较好,而且平键高度较低,避免因齿轮键槽太深导致小齿轮轮毂厚度不够的问题。
④润滑与密封
轴转速高,必须保证充分润滑,一般常用单独的油管将油引到轴承处。 主轴是两端外伸的轴,防止漏油更为重要而困难。防漏的措施有两种:
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a堵——加密封装置防止油外流。
主轴转速高,多采用非接触式的密封装置,形式很多,一种轴与轴承盖之间留0.1~0.3mm的间隙(间隙越小,密封效果越好,但工艺困难)。还有一种是在轴承盖的孔内开一个或几个并列的沟槽(圆弧形或V形),效果比上一种好些。在轴上增开了沟槽(矩形或锯齿形),效果又比前两种好。
在有大量切屑、灰尘和冷却液的环境中工作时,可采用曲路密封,曲路可做成轴向或径向。径向式的轴承盖要做成剖分式,较为复杂。
b疏导——在适当的地方做出回油路,使油能顺利地流回到油箱。 ⑤其他问题
主轴上齿轮应尽可能靠近前轴承,大齿轮更应靠前,这样可以减小主轴的扭转变形。 当后支承采用推力轴承时,推力轴承承受着前向后的轴向力,推力轴承紧靠在孔的内端面,所以,内端面需要加工,端面和孔有较高的垂直度要求,否则将影响主轴的回转精度。支承孔如果直接开在箱体上,内端面加工有一定难度。为此,可以加一个杯形套孔解决,套孔单独在车床上加工,保证高的端面与孔的垂直度。
主轴的直径主要取决于主轴需要的刚度、结构等。各种牌号钢材的弹性模量基本一样,对刚度影响不大。主轴一般选优质中碳钢即可。精度较高的机床主轴考虑到热处理变形的影响,可以选用40Cr或其他合金钢。主轴头部需要淬火,硬度为RC50~55。其他部分处理后,调整硬度为HB220~250。
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参考文献
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