CW6163型系列车床主轴精度超差问题分析

安虎平

（兰州机床厂研究所，兰州　730070）

　　摘　要：对CW6163系列车床主轴精度超差的现象，分析原因提出解决主轴精度超差的方法和产品设计中值得注意的问题。

　　关键词：主轴组件；主轴；传动件；支承件；调整件

　　该厂生产的CW6163系列车床能承担各种车削工作。主要用于车削内外圆柱面、圆锥面以及其它具有旋转表面的零件，车削端面、切槽、切断、钻孔以及车削各种常用的公制、英制、模数和径节螺纹等。

　　马鞍车床，由于具有可拆卸马鞍的床身，扩大了加工直径范围，故特别适用于盘类零件和畸形零件的加工。

　　1　问题提出

　　本系列车床所加工的零件尺寸精度可达到7级，所以本系列车床适用于各种类型的机械加工车间，修配车间。经多年生产和不断改进，由CW6163A型发展到CW6163D型，就外观造型和内在质量已达到国内同类产品先进水平，许多主要性能指标已达到优等品和一等品。产品规格从750mm到1000mm，比较齐全。但在18项精度指标中，G4——主轴轴向窜动允差0.01，主轴轴肩支承面跳动允差0.02；G5——主轴定心轴径的径向跳动允差0.01，常常超差。装配和检验人员曾采取各种调试方法，均未奏效。只有在主轴上调整轴承间隙用的压块锁紧圆螺母松开后，精度才能达到要求，但这不符合机床18项精度指标所要求的条件，也是机床负荷切削时不允许的。

　　2　超差原因分析

　　车床的主轴组件带动工件旋转进行切削加工，是Z终实现机床所有功能的主要部件。它不仅传递运动，而且还要传递动力，并承受切削力，它的工作性能直接影响机床的加工质量。主轴组件主要由主轴、传动件和主轴支承等三部分组成。同时还包括调整件如图1所示。

　　2.1主轴

　　主轴是一个空心阶梯轴，内孔用于通过长的棒料（φ105）或穿入铁棒打出顶尖，也可通过工件自动夹紧装置等。主轴前端锥孔采用公制120号锥度，有自锁作用，可以传递力，直接带动顶尖或芯轴转动。主轴后端锥孔是满足工艺要求安装轴堵的。从主轴整体结构来看，虽然在制造工艺上稍复杂，但工件装卸方便，工作可靠，定心精度高，主轴刚度较高。从材料学角度分析，在制造合格的条件下，不应存在产生主轴精度超差问题。

　　2.2主轴上的传动件

　　主轴上有两个齿轮传动件，右边较大的圆柱齿轮（件7）是斜齿轮，采用斜齿轮可使传动平稳，承载能力高。在传动中产生的轴向力指向主轴头，与走刀切削力方向相反，因此可减少主轴前支承轴向力。该齿轮用于60r/min（或75r/min）以下的低速传动。左边齿轮（件9）用于80r/min（100r/min）以上的高速传动。从传动件本身来看，由于制造工艺成熟，结构合理，也不存在使主轴精度超差的原因。

　　2.3主轴支承

　　主轴组件有三个支承，保证主轴在重负荷条件下具有较好的刚性，如果主轴和箱体孔的加工精度不高，则会引起装配困难，影响主轴工作性能等。但由于这些关键零件都采取了较严密的工艺过程和较完善的钻镗具来保证，经逐步分析，不应存在影响精度的问题。

　　前支承采用了双排滚柱轴承，用于承受径向力，这种轴承具有刚性好，精度高，尺寸小和承载能力大等特点。后面两个D级精度的轴承，D8134单向推力轴承（件3、4），它由邻接的压块锁紧圆螺母（件5、6）预紧和调整间隙，间隙过大或受力是否均匀都会直接影响主轴精度，从而会影响到加工精度。D3182132轴承内圈锥度为1：12的锥孔与主轴的锥面相配合，轴承内圈较薄，沿主轴锥面相对移动时，使内圈产生弹性变形，以此达到调整间隙的目的。D3182132轴承右边的螺母是用于控制该轴承间隙调整量的，能够传递主轴承受向左的轴向力，必要时还用它退下套在轴上的D3182132轴承内圈。后面的D3182126轴承与D3182132作用相仿。中间支承E128主要在重载情况下起附加支承作用。

　　本系列车床主轴采用三支点支承结构（见图1），主轴前后轴承精度较高。在某种程度上说，主轴系统的精度直接取决于支承精度，主轴系统的精度直接影响机床的工作性能，故主轴精度超差问题已成为影响产品性能的致命因素。

　　3　实验考证

　　为了寻找影响主轴精度的根本原因，我们进行了认真的理论分析，还经过多次调试和验收检验，Z终找到了影响主轴精度的主要原因。

　　3.1机床验收

　　CW6163D型新产品是第四次较大改型设计的产品，不论是外观质量，还是内在可靠性都较以前有较大提高。在厂里组织验收中，由于是原来CW6163A型产品的改进型，各项性能指标都有较大改善，重切能力相当好，唯独主轴精度不够理想，产生超差现象。组检验收人员通过压块锁紧固螺母调整主轴前轴承间隙，试图保证主轴精度。在螺母拧紧的情况下，压块螺钉上紧后效果不理想，而且压块螺钉越紧主轴超差愈烈。反复调试后，复检时精度很好，能达到优等品的要求，Z后发现是压块螺钉在反复调试中尚未拧紧。而精度必须在螺钉拧紧后才能稳定。当螺钉拧紧时发现又出现从前的超差现象。可见主轴精度超差与压块锁紧圆螺母的结构有关。

　　3.2主要原因

　　标准规定的压块锁紧圆螺母，只采用一个压块和锁紧螺钉的结构，主要作用是用螺钉顶紧压块，增大螺母螺纹和主轴螺纹间摩擦力，防止螺母松动。但由于这种结构使主轴螺母受力很不均匀而引起不均匀的变形，并且主轴上螺纹直径很大，环形薄壁结构在受力不均匀时变形亦很大，这样就会使其邻接件轴承受力不均，而轴承座和轴圈又都是薄壁件，引起较大的变形，这就使支承精度受到破坏。在这种条件下主轴精度就难以保证，必然产生锁紧螺钉拧紧时，主轴精度超差的问题。

　　4　解决方案

　　针对以上试验结果和原因分析，采取以下方案，解决主轴超差问题。

　　（1）主轴上四个压块锁紧圆螺母都具有同样结构，由于所处位置不同受力大小不一，当然对主轴支承都有不同程度的影响，所以我们将该标准件改为自制件。

　　（2）圆螺母的压块和锁紧螺钉，由一个改为三个并均匀分布。如图2所示。这样从结构上来保证整个主轴系统受力均匀，变形一致，刚性更好。压块改为铜销，材料由钢件改为H68，优点是：铜比钢软，变形大，锁紧力大；耐磨性好，易于保证较长时间的良好精度。

　　5　验证结果

　　为保证可靠，我们把上述方案的三压块锁紧圆螺母结构型，在CW6163A型产品上试制了6台，经试制验收，6台CW6163A均未出现主轴精度超差问题。现已将这一结构全面推广到整个CW6163D型系列新产品上，取得良好的效果。这一问题的解决，使我厂CW6163系列产品在档次上迈进了一步，趋于成熟和完善。

　　综上所述，通过以上问题的解决，给产品设计人员一个有益的启示，在机床乃至整个机械产品设计中，必须全面分析，不仅要高度重视关键零件，同时，也不能忽视次要零件的影响，应给予必要的重视和合理的结构布局。否则，它会影响整机精度和主要性能指标，从而影响整个产品的质量。
 

来源：《机械研究与应用》1998年第2期