优化数控车床传动结构对提高主轴回转精度的影响

　　摘　要：数控车床应用广泛，其主轴的回转精度直接影响到零件的加工精度，影响主轴回转精度的因素很多。文中针对车床动力传动结构的不足，通过分析研究，根据提出的两种方案，对车床进行了相应的改进。经过实际的加工检验，主轴的回转精度和车床的加工精度提高显著。
　　关键词：车床主轴；回转精度；结构；改进方案
　　1　问题的提出
　　山东滨化集团股份有限公司自主研制生产的CK30型卧式车床，至2007年9月已研制生产了三代，通常都能够满足用户要求。但近年来，随着客户对加工件精度要求的提高，问题日渐显露。针对提高该型号车床加工精度的问题。我们经过分析和论证，先期以车床原有框架为基础，对其进行改进和完善。在对生产现场的调研中发现，随着加工件精度要求的提高，有时会出现表面粗糙度和圆柱度超差的现象。每当出现这种情况时，就需要对车床的有关零部件进行调整，当采用一般措施调整仍然无效时，只好拆卸主轴，更换主轴轴承。严重时，甚至要连续更换几次才能达到要求。这种情况给公司生产计划的按时完成造成了很大困难，而且费时费力，在一定程度上制约了劳动生产率。
　　我们在调研中发现，影响车床主轴回转精度的因素很多，例如：主轴零件的尺寸误差和形位误差；主轴锥孔轴线与回转轴线的同轴度误差；主轴轴承的跳动误差以及主轴动力传动时的振动等。通过仔细的检测和试验Z后得出结论：在诸多影响因素之中，主轴动力传动时的振动是一个主要因素，它直接着影响车床主轴的径向跳动和端面跳动量，也即影响主轴的回转精度，如果不加以控制和改进，势必影响零件的加工精度。
　　2　改进过程
　　2.1 原主轴的传动结构
　　CK30型卧式车床原主轴传动结构如图1所示。

　　皮带轮直接通过平键与主轴联接，当初设计时为了尽可能地提高传动精度，带轮5和主轴7之间的平键4采用的是紧联接，整个动力传动链是“硬碰硬”的，没有消除或减轻振动的结构或装置，由此可推知，当主轴电机带动主轴7回转时，通过V带3，将动力和振动（电机运转时产生振动），都直接传递到了主轴7上，虽然只是一部分，但振动对于车床精密加工来说是一个不容忽视的消极因素。另外，由于V带有制造误差，即使是在公差范围之内，通常也是长短不一的，往往使带轮受力不均，再加上不可避免的弹性滑动，进一步增加了传动上的消极因素，进而更加影响了主轴的回转精度，Z终对零件的加工精度产生不良影响。
　　2.2 改进方案
　　（1）改进方案1
　　传动结构如图2所示。对轴系的结构进行了改进，其关键是增加了“卸荷”结构；另外，将原来的V带传动换成了多楔带传动，因为多楔带兼有V带和平带两者的优点，具有传动功率大、传动系统结构紧凑、带体薄且柔软，适应中高速传动以及耐热、耐油、耐磨、伸长量小等特点，更换后可大大提高传动的优越性。改进后的结构其工作原理是：将原来由皮带直接传递到主轴上的动力，通过“卸荷”结构间接传递过去，即皮带传递的动力通过与带轮3固定的带轮轴承压盖4上的联接柱9再传递到卸荷锥孔联接盘5上，而且在这个传递部分增加了减振橡胶8，减振橡胶8的吸振作用，能够降低85％～90％的振动，之后卸荷锥孔联接盘5带动主轴7回转。这样经过改进后，由直接传递动力所产生的振动会大大削弱。通过测量证明，主轴的径向跳动和端面跳动在很大程度上都有了降低，这就提高了主轴的回转精度，零件的加工精度也会得到进一步的改善和提高。

　　（2）改进方案2
　　传动结构如图3所示。方案1的结构改进比起原来的结构有了很大进步，但为了从根本上去除带传动产生的不良影响，我们又采取了方案2的改进措施。

　　方案2采用电机直联式结构，不用带传动，而是直接将电机转子与主轴连接在一起，类似于电主轴的结构，这种结构可以从根本上消除了由电机、皮带传递动力时产生的振动和额外负荷。根据车床加工精度要求的不同，可对电机的转子进行相应的动平衡，只要电机转子的加工精度和动平衡精度高，就能保证车床轴系的装配精度和主轴的回转精度。这样一来，轴系的整体结构得到了进一步简化，更容易安装调试，而且降低了车床的制造成本。按此方案改造后，经过严格测量，数据显示主轴径向跳动量和端面跳动量显著降低，使车床主轴的回转精度又上一个新台阶，确保了所加工零件精度的提高。
　　3　加工效果
　　验证把按两种方法改进后的车床都应用到生产加工中，分别从两台车床所加工的各200只零件中随机抽出各30只，进行现场测量，表1是车床的跳动误差值和所加工零件主要指标精度的平均值。
　　由以上的结果我们可以看出：方案1的加工精度比原来的车床加工精度有了明显提高；而方案2的加工精度又优于方案1，工件的圆度、圆柱度和表面粗糙度都有了进一步的提高；此外，通过改进成本核算，方案2成本也低于方案1成本。