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機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工零件精度的影響

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機(jī)床主軸是機(jī)床上的一個(gè)主要部件，由于機(jī)床主軸用于安裝刀具或工件，因此它是刀具或工件的相對(duì)位置基準(zhǔn)和運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)。機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)精度是機(jī)床的主要精度指標(biāo)之一，直接影響著被加工零件的加工精度及表面粗糙度。機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差是一項(xiàng)綜合性的誤差，是主軸在回轉(zhuǎn)過程中實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于理論回轉(zhuǎn)軸線的漂移。機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差可以分為3種基本形式：主軸的純徑向跳動(dòng)、主軸的純軸向竄動(dòng)和純角度擺動(dòng)。一般情況下，這3種基本形式的誤差是同時(shí)存在的，產(chǎn)生的加工誤差也是3種形式誤差影響的疊加。不同形式的主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響是不同的，同一形式的主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)于不同加工方法的影響也是不同的。下面主要分析主軸純徑向跳動(dòng)對(duì)零件加工的影響。
    1.主軸純徑向跳動(dòng)產(chǎn)生的原因:

 
    主軸純徑向跳動(dòng)是指主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線繞平均軸線作平行的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

 
    引起主軸純徑向跳動(dòng)的主要原因是主軸軸頸和軸承的精度誤差。機(jī)床上使用的軸承分為滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承兩類，軸承的類型不同，對(duì)純徑向跳動(dòng)的影響也是不同的。

 
    1)采用滑動(dòng)軸承對(duì)主軸純徑向跳動(dòng)的影響

 
    采用滑動(dòng)軸承作支承時(shí)，主軸以其軸頸在軸承孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)。對(duì)于車床類機(jī)床，在加工過程中，主軸的受力方向是一定的，主軸軸頸被切削力壓向軸承孔表面的固定地方。這時(shí)主軸軸頸的不同部位和軸承孔內(nèi)的某一固定部位相接觸，所以軸頸的圓度誤差會(huì)使主軸回轉(zhuǎn)產(chǎn)生純徑向跳動(dòng)，而軸承孔的形狀誤差對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度的影響很小。對(duì)于鏜床類機(jī)床，作用在主軸上的切削力是隨鏜刀的旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動(dòng)的，軸頸上的某一固定部位與軸承孔表面的不同部位相接觸，因此軸承孔的圓度誤差會(huì)引起鏜床主軸的純徑向跳動(dòng)，而鏜床主軸軸頸形狀誤差對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度的影響不大。

 
)采用滾動(dòng)軸承對(duì)主軸純徑向跳動(dòng)的影響

 
    主軸采用滾動(dòng)軸承作支承時(shí)，引起主軸純徑向跳動(dòng)的因素除了軸承本身的精度外，還與軸承相配合件的精度有關(guān)。

 
    a.滾動(dòng)軸承精度的影響

 
    滾動(dòng)軸承外圈和內(nèi)圈的滾道形狀精度和位置精度對(duì)主軸純徑向跳動(dòng)的影響與滑動(dòng)軸承類似。車削時(shí)，內(nèi)圈滾道的精度影響較大；鏜削時(shí)，外圈滾道的精度影響較大。

 
    滾動(dòng)體的形狀誤差和尺寸的不一致會(huì)造成主軸的純徑向跳動(dòng)。當(dāng)直徑較大的滾動(dòng)體位于左邊時(shí)，會(huì)使內(nèi)圈右移，即主軸位置右移：相反，當(dāng)直徑較大的滾動(dòng)體位于右邊時(shí)，會(huì)使內(nèi)圈位置左移，即主軸位置左移。由于滾動(dòng)體保持架的轉(zhuǎn)速低于內(nèi)圈的轉(zhuǎn)速，因此，它所引起的純徑向跳動(dòng)頻率較低。

 
    滾動(dòng)軸承的間隙對(duì)主軸的純徑向跳動(dòng)也是有影響的。設(shè)軸承的承載區(qū)在右邊，這時(shí)內(nèi)圈右移，當(dāng)一個(gè)滾動(dòng)體位于水平位置時(shí)，內(nèi)圈的右移量比滾動(dòng)體不在水平位置時(shí)的要小，使主軸產(chǎn)生純徑向跳動(dòng)，這種純徑向跳動(dòng)的頻率比內(nèi)圈的轉(zhuǎn)速要高得多。

 
b.與滾動(dòng)軸承相配合件的影響

 
    軸承內(nèi)圈是薄壁零件，受力后很容易變形，主軸軸頸的圓度誤差將導(dǎo)致內(nèi)圈變形而引起主軸的純徑向跳動(dòng)。同理，軸承外圈也是薄壁零件，裝到箱體孔中后，箱體孔的圓度誤差也將引起外圈滾道產(chǎn)生變形，引起主軸的純徑向跳動(dòng)。

 
    2.主軸純徑向跳動(dòng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式:

 
    了便于研究主軸純徑向跳動(dòng)對(duì)零件加工精度的影響，假設(shè)在加工零件的過程中，機(jī)床主軸一方面以角速度w自轉(zhuǎn)，同時(shí)主軸瞬時(shí)回轉(zhuǎn)軸心又相對(duì)與平均軸心在兩個(gè)垂直方向(Y、Z坐標(biāo))上作簡諧振動(dòng)。建立慣性直角坐標(biāo)系(OXYZ)，O點(diǎn)為主軸的理想軸心位置，再建立與主軸相固聯(lián)的直角動(dòng)坐標(biāo)系(O1WMN)，O1點(diǎn)為主軸的瞬時(shí)軸心位置。利用坐標(biāo)平移和旋轉(zhuǎn)后可得到兩個(gè)坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換關(guān)系。
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機(jī)床主軸
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