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陳震華

（杭州市輕工技工學(xué)校）

現代機床主軸部件的剛度,是反映主軸部件結構性能的主要指標,它綜合反映主軸和軸承的變形,直接與機床加工精度有關(guān)。而高速主軸是機床的關(guān)鍵部件之一,因此設計高精度數控機床的主軸組件時(shí),更應滿(mǎn)足高剛度的要求。主軸部件的剛度大小通常以使主軸前端施加一定作用力,在力的方向上所產(chǎn)生的位移來(lái)衡量。這被稱(chēng)為端部“撓度”的位移,是設計主軸部件的重要參數,許用撓度的大小對主軸部件的剛度有決定性影響,也決定機床的使用性能。筆者在此用統計、計算和實(shí)測分析比較的方法,討論現代機床(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限性。

一、[y]=0.0002L式的來(lái)源

目前,主軸部件剛度的許用值大多是取主軸端部的位移、前軸承處的轉角、齒輪嚙合處的轉角和不產(chǎn)生顫振的切削寬度等幾個(gè)方面常用一些經(jīng)驗數據和公式來(lái)確定,尚未作出統一規定。其中,在主軸端部位移方面,往往用下列內容來(lái)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(dòng)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用依舊比較廣泛,各類(lèi)學(xué)校的教材中還經(jīng)常引用該經(jīng)驗公式。我國大多數機床研究方面的教材內容都來(lái)自前蘇聯(lián),其中前蘇聯(lián)的烈歇托夫和阿切爾康等早年對軸和主軸許用撓度做過(guò)權威論述。

二、典型機床的撓度計算值

由于機床的主軸類(lèi)型很多,為了選擇結構和性能較典型的示例來(lái)說(shuō)明問(wèn)題,特用幾臺典型車(chē)床的主軸端部撓度計算為例。在計算過(guò)程中,根據支承的形式不同,分成如下三種計算形式:兩支承結構形式;三支承結構,以前中支承為主要支承;三支承結構,取前后支承為主要支承。

通過(guò)計算得出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,計算時(shí)每種類(lèi)型主軸組件都作如下簡(jiǎn)化:主軸為等截面,其直徑取平均直徑;主軸支承只考慮徑向軸承剛度,略去推力軸承的抗彎能力;機床主軸前端承受的額定載荷取4900牛頓;靜剛度計算,略去傳動(dòng)力。

為了便于分析,特選已進(jìn)行撓度計算的八臺車(chē)床為例,進(jìn)行實(shí)測撓度值與許用值[y]=0.0002L值作一比較,得到表2結果。

三、相關(guān)分析

由上述統計、計算表1和表2表明,用許用撓度[y]=0.0002L式許用值過(guò)大,缺乏實(shí)際意義。因而,用它來(lái)控制主軸端部位移是不適當的。

從歷史背景來(lái)看,根據上個(gè)世紀四五十年代的研究成果,當時(shí)的生產(chǎn)水平?jīng)Q定了機床的剛度要求相對還較低。烈歇托夫和阿切爾康都是從齒輪傳動(dòng)軸的剛度要求出發(fā)的,又主要是指軸承之間的撓度,且沒(méi)有對精加工和半精加工機床的撓度作分析。近年來(lái)俄羅斯出版的設計教材,己經(jīng)刪去了[y]=0.0002L這塊內容的論述。說(shuō)明隨著(zhù)生產(chǎn)水平的提高和設計實(shí)踐,己反映該式存在著(zhù)很大的局限性,不宜再作為許用撓度的計算標準了。

生產(chǎn)實(shí)際表明,評價(jià)主軸剛度應以使用性能為基礎,對于不同用途(主要指加工精度)的主軸對其變形要求也不同。對精加工和半精加工機床的主軸,主軸剛度應以保證工件加工精度為基礎。由于主軸端切削點(diǎn)的撓度直接影響加工精度,因此變形應指主軸端撓度,即主軸剛度應以其軸端剛度作為衡量標準。通常應該取主軸允許徑向跳動(dòng)δ的1/3,在設計主軸時(shí),主軸允許徑向跳動(dòng)δ通常規定為尺寸公差△的1/3。因此,精加工和半精加工的機床,主軸端許用撓度[y] ≤△/9。對粗加工機床的主軸,主軸剛度應以保證主軸傳動(dòng)件正常工作為基礎。由于主軸支承中間的撓度影響傳動(dòng)齒輪工作,一定程度上反映主軸前后軸承的轉角,因此變形應指軸間撓度,即主軸剛度應以其軸間剛度作為衡量標準(按齒輪傳動(dòng)軸的剛度要求,取[y]=0.0002L,兩者不能混用)。

[y]=0.0002L式,是以齒輪傳動(dòng)軸的剛度要求出發(fā)的,是滿(mǎn)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床主軸的撓度控制條件,只能作為粗加工機床主軸的軸間撓度控制條件。主軸剛度許用值要以使用性能為基礎,并由此確定有關(guān)主軸參數。

來(lái)源：《職業(yè)》

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