陳震(zhèn)華

（杭州市輕(qīng)工(gōng)技工學校）

現代機床主軸部件(jiàn)的剛(gāng)度,是反映(yìng)主軸部件(jiàn)結構性能(néng)的主(zhǔ)要指(zhǐ)标,它(tā)綜合反映(yìng)主軸(zhóu)和軸承的(de)變形,直接與機(jī)床加工精度有(yǒu)關。而高速主(zhǔ)軸是機床的關鍵(jiàn)部件(jiàn)之(zhī)一,因此(cǐ)設計(jì)高精(jīng)度數(shù)控機床的(de)主軸(zhóu)組件時,更(gèng)應滿(mǎn)足高剛度(dù)的要(yào)求。主軸部件的(de)剛度大小通常以(yǐ)使主軸前端(duān)施加一定(dìng)作用(yòng)力,在力的方向上所産生(shēng)的位(wèi)移來(lái)衡(héng)量。這被(bèi)稱為端部“撓度”的位移,是設計(jì)主軸部件(jiàn)的重(zhòng)要參數,許用撓(náo)度的(de)大小對主(zhǔ)軸部件(jiàn)的剛度(dù)有決定(dìng)性(xìng)影響(xiǎng),也決定機床的(de)使用(yòng)性能(néng)。筆者(zhě)在此用統計、計(jì)算和實測分析(xī)比較的方法,讨論現代機(jī)床(包(bāo)括數控、精密和(hé)通用機床(chuáng))主軸的(de)許用撓度問(wèn)題,論(lùn)證了(le)目(mù)前常用的許用撓(náo)度式在應用中(zhōng)存在(zài)的局限性(xìng)。

一、[y]=0.0002l式的來源

目前,主(zhǔ)軸部(bù)件剛(gāng)度的許用(yòng)值大多是(shì)取主軸端部的(de)位(wèi)移、前軸(zhóu)承處(chù)的轉角、齒(chǐ)輪齧(niè)合處的轉角和不産生顫(chàn)振的最大(dà)切削(xuē)寬度(dù)等幾(jǐ)個方(fāng)面常用一(yī)些經(jīng)驗數據(jù)和公(gōng)式(shì)來确定,尚未作出統一規定。其中,在主軸端部位移方面,往往(wǎng)用下(xià)列(liè)内容(róng)來(lái)控制:

第一,精加(jiā)工機床(chuáng)主(zhǔ)軸端部位(wèi)移不超過(guò)主(zhǔ)軸允(yǔn)許徑向跳動(dòng)的三分之(zhī)一;

第二,一般機床用(yòng)主軸(zhóu)端部撓度[y]=0.0002l。

到目前為(wéi)止,許(xǔ)用撓(náo)度在(zài)我國的應用(yòng)依舊比(bǐ)較(jiào)廣泛,各(gè)類學(xué)校的教材(cái)中還經(jīng)常引用(yòng)該經驗公式。我(wǒ)國大(dà)多數機床(chuáng)研究方面的教材内容(róng)都來自(zì)前蘇聯,其(qí)中前(qián)蘇聯(lián)的烈歇托(tuō)夫和阿切爾康等早(zǎo)年對軸和(hé)主軸許用撓度(dù)做過(guò)權(quán)威論述。

二、典型機(jī)床的(de)撓度計算值

由(yóu)于機床的(de)主軸(zhóu)類型很多,為了(le)選擇(zé)結構和性能較典型的示(shì)例來說明問題,特用(yòng)幾台典型(xíng)車床的主軸端(duān)部撓(náo)度計算為(wéi)例。在計算(suàn)過程中,根據(jù)支(zhī)承的(de)形式不同(tóng),分成(chéng)如下三(sān)種計算(suàn)形式:兩(liǎng)支承結構(gòu)形(xíng)式;三支承(chéng)結構,以前中支承為(wéi)主要(yào)支承(chéng);三支承結構,取(qǔ)前後(hòu)支(zhī)承為主(zhǔ)要支承。

通過計(jì)算得出(chū)典型主軸端部(bù)撓度計(jì)算結果(guǒ)詳見表(biǎo)1,并與[y]=0.0002l許用值作比(bǐ)較。

為了便于(yú)比較、分(fèn)析(xī),計算(suàn)時每種類型主(zhǔ)軸組(zǔ)件都(dōu)作如(rú)下簡(jiǎn)化:主(zhǔ)軸為(wéi)等(děng)截面,其(qí)直徑取平均直徑;主軸支(zhī)承隻(zhī)考慮(lǜ)徑向(xiàng)軸(zhóu)承剛度(dù),略去推力軸承(chéng)的(de)抗彎(wān)能(néng)力;機(jī)床主(zhǔ)軸前端承受的(de)額定載荷(hé)取4900牛頓;靜(jìng)剛度(dù)計算(suàn),略去(qù)傳動(dòng)力。

為了便于分(fèn)析,特(tè)選已進行(háng)撓度計算的八台車床為例,進(jìn)行實測撓(náo)度值(zhí)與(yǔ)許(xǔ)用值[y]=0.0002l值作(zuò)一比較,得到表2結果。

三、相(xiàng)關分(fèn)析

由上述(shù)統計、計算(suàn)表1和表2表(biǎo)明,用許用撓度[y]=0.0002l式許用值過大(dà),缺乏(fá)實際(jì)意義(yì)。因而,用(yòng)它來控(kòng)制主軸端部位(wèi)移是(shì)不(bú)适(shì)當的(de)。

從曆(lì)史(shǐ)背景來(lái)看,根據上個世紀四五十年代的研究成果,當(dāng)時的(de)生産(chǎn)水平(píng)決定了機床的(de)剛度要求(qiú)相對(duì)還較(jiào)低。烈歇托(tuō)夫和阿(ā)切爾康(kāng)都是(shì)從(cóng)齒輪傳(chuán)動軸的剛度要(yào)求出(chū)發的,又主(zhǔ)要是指(zhǐ)軸承之(zhī)間的最大撓度(dù),且沒有對精加工和(hé)半精加工(gōng)機床的最大撓度作分析。近年(nián)來俄(é)羅斯(sī)出版的(de)設計教材,己(jǐ)經删去了[y]=0.0002l這(zhè)塊内容(róng)的論述。說(shuō)明随着(zhe)生産水(shuǐ)平的提高和設計實踐,己(jǐ)反映該式(shì)存(cún)在(zài)着很(hěn)大的局(jú)限性,不(bú)宜再(zài)作為許用(yòng)撓度的計算标準了。

生産實際(jì)表明,評(píng)價主(zhǔ)軸(zhóu)剛度(dù)應以(yǐ)使用(yòng)性能為基(jī)礎,對(duì)于不(bú)同用(yòng)途(主(zhǔ)要(yào)指(zhǐ)加(jiā)工精度)的主軸(zhóu)對其變(biàn)形要求也不同。對精加(jiā)工和半(bàn)精加工機床的主(zhǔ)軸(zhóu),主軸剛度(dù)應以保證(zhèng)工件(jiàn)加工精度(dù)為基(jī)礎。由于主軸端(duān)切削(xuē)點(diǎn)的撓度(dù)直接影響加工(gōng)精度(dù),因此變(biàn)形(xíng)應指(zhǐ)主軸端撓(náo)度,即主(zhǔ)軸剛度(dù)應以(yǐ)其軸端剛度(dù)作(zuò)為衡量标(biāo)準。通常應(yīng)該取(qǔ)主軸允許徑向(xiàng)跳動(dòng)δ的1/3,在(zài)設計主軸時(shí),主軸允(yǔn)許徑向跳動δ通(tōng)常規(guī)定(dìng)為尺(chǐ)寸公差△的1/3。因(yīn)此,精(jīng)加工和半精加(jiā)工的機床(chuáng),主軸(zhóu)端許用撓度[y] ≤△/9。對(duì)粗加(jiā)工機(jī)床(chuáng)的主軸(zhóu),主軸剛度(dù)應以(yǐ)保證(zhèng)主軸(zhóu)傳動件正(zhèng)常工(gōng)作為基礎。由于(yú)主軸支承中間(jiān)的撓(náo)度影響傳動齒(chǐ)輪工作,一(yī)定程(chéng)度(dù)上反映(yìng)主(zhǔ)軸前後軸承(chéng)的轉角(jiǎo),因此(cǐ)變(biàn)形應(yīng)指(zhǐ)軸(zhóu)間撓(náo)度,即主軸剛度(dù)應以(yǐ)其軸間剛度(dù)作為衡量标(biāo)準(按(àn)齒(chǐ)輪傳動(dòng)軸的剛(gāng)度要求,取[y]=0.0002l,兩者不能混(hùn)用)。

[y]=0.0002l式(shì),是以(yǐ)齒輪(lún)傳動(dòng)軸的剛度(dù)要求(qiú)出發的,是滿足齒輪(lún)正常(cháng)工作條件的軸(zhóu)間許用撓度,它不能作為主軸(zhóu)端部撓度的許(xǔ)用值,更(gèng)不(bú)能作(zuò)為精(jīng)加工和半(bàn)精加工機床主(zhǔ)軸的(de)撓度控制(zhì)條件(jiàn),隻能(néng)作為(wéi)粗加工機床主軸的軸(zhóu)間(jiān)撓度控制(zhì)條件。主軸剛(gāng)度許用值要(yào)以使(shǐ)用性能為(wéi)基礎,并由此确定有關主軸參(cān)數。

來(lái)源：《職業》

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