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，本文僅對提高主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度的措施進(jìn)行簡要闡述。
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，對于軸系零部件的加工精度要求較高，通過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，主軸錐孔軸線跳動(dòng)允差僅為0.001～0.002mm。如果全靠主軸或軸承的精度來保證，那就將對其提出目前無法達(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。對于帶錐孔的主軸，測量其主軸旋轉(zhuǎn)精度時(shí)需在其主軸錐孔配合測量棒，測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。如果照圖2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，面對主軸組件旋轉(zhuǎn)精度不十分理想的機(jī)床，可通過一定的技術(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，使傳動(dòng)和定位分開，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)，銑刀夾頭的軸線與主軸的軸線重合。若主軸中心偏心振擺過大，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，這樣做還需要對主軸及立銑刀夾頭的精度進(jìn)行認(rèn)真測試，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。比如在車床上用三爪自定心卡盤加工零件時(shí)要求三爪自定心卡盤的內(nèi)支撐面的中心與車床主軸軸線同心，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。即利用車床主軸軸線的回轉(zhuǎn)精度，修去三爪自定心卡盤中心對主軸回轉(zhuǎn)中心的偏心量。如圖6所示，修理三爪自定心卡盤時(shí)在其卡爪間夾持一圓盤，使三爪自定心卡盤機(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，使車床主軸與三爪自定心卡盤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的同軸度一般較車床主軸精度低，最多等于車床主軸的精度，所以車床主軸的精度限制了三爪自定心卡盤的修磨精度，且如果經(jīng)修磨的三爪自定心卡盤再用于其他機(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)刀具安裝簡圖
圖5 三爪自定心卡盤與主軸偏心示意圖
圖6 修磨三爪自定心卡盤示意圖
1.三爪自定心卡盤軸線 2.基準(zhǔn)面 3.卡爪4.主軸軸線 5.工件
機(jī)床的高度自動(dòng)化，對機(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，以滿足產(chǎn)品精度需要；由于主軸組件精度對零件質(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。