山東博特精工股份有限公司 (濟(jì)寧 272071) 張啟義 季紅麗 葛慧穎

主軸端部是主軸與工件或工具聯(lián)系的結(jié)合部位，其結(jié)構(gòu)形狀由機(jī)床類(lèi)型及夾具或刀具的形狀而定，同時(shí)應(yīng)使之能保證刀具或卡盤(pán)的定位準(zhǔn)確、安裝牢固和裝卸方便，能夠傳遞足夠的轉(zhuǎn)矩，并且盡量減小主軸端部的懸伸長(zhǎng)度。由于刀具、夾具的尺寸已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了，所以相應(yīng)的通用機(jī)床的主軸端部形狀和尺寸也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，專(zhuān)用機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)根據(jù)機(jī)床用途和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選用相近類(lèi)型的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，以便于機(jī)床主軸的制造、裝配和使用維修。

1.主軸端部結(jié)構(gòu)及工藝特點(diǎn)

標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)床主軸端部結(jié)構(gòu)包括A 型、C 型和D型等，主要用于臥式車(chē)床、立式車(chē)床、數(shù)控車(chē)床、高精度車(chē)床以及磨床等。上述幾種主軸端部結(jié)構(gòu)形式，除拉緊、緊固結(jié)構(gòu)不同外，其共同的、關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)就是通過(guò)1/4 短錐定心，聯(lián)接過(guò)渡盤(pán)或花盤(pán)，使夾具或刀具準(zhǔn)確定位，所以其1/4 短錐的制造精度在一定意義上決定著整個(gè)主軸系統(tǒng)甚至整臺(tái)機(jī)床的精度。

如圖1 所示，主軸端部為錐度1/4 的短錐，其大端名義尺寸為D，長(zhǎng)度為l，在分度圓直徑D1上均布螺紋孔d，沉孔d1用于安裝傳遞力矩的端面鍵，用螺釘通過(guò)螺紋孔d2將端面鍵固定。聯(lián)接刀具或夾具的過(guò)渡盤(pán)、花盤(pán)通過(guò)1/4 內(nèi)錐面與短錐配合定心，自然結(jié)合狀態(tài)下過(guò)渡盤(pán)與主軸法蘭盤(pán)端面之間有一定的間隙b，當(dāng)使用螺釘通過(guò)螺紋孔d 將過(guò)渡盤(pán)與主軸緊固后，理想狀態(tài)下過(guò)渡盤(pán)1/4 錐面和端面與主軸同時(shí)接觸，以保證聯(lián)接有足夠的剛度。

在實(shí)際加工與測(cè)量過(guò)程中，1/4 大端尺寸D 為1/4 錐面延長(zhǎng)線(xiàn)與法蘭盤(pán)端面的交點(diǎn)，是一理論尺寸，無(wú)法通過(guò)通用量具直接測(cè)得。在制造過(guò)程中，需要先利用端面外圓磨床加工出法蘭盤(pán)端面，保證其相對(duì)于基準(zhǔn)的垂直度和端面跳動(dòng);然后將機(jī)床工作臺(tái)調(diào)整到1/4 錐度的半角位置，來(lái)磨削1/4 短錐的錐面，這時(shí)1/4 短錐的大端尺寸以及錐度公差就需要環(huán)規(guī)來(lái)檢驗(yàn)。

圖1 A2 型主軸端部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2.公規(guī)及環(huán)規(guī)的結(jié)構(gòu)與使用

為方便使用與測(cè)量，可以將1/4 公規(guī)設(shè)計(jì)成如圖2 所示的結(jié)構(gòu)。首先制作1/4 公規(guī)，可以使用萬(wàn)能工具顯微鏡或正弦尺來(lái)檢驗(yàn)其錐度，使其尺寸、角度符合工作量規(guī)的要求，并保證其右肩面對(duì)軸線(xiàn)的垂直度要求;然后使用內(nèi)六角頭螺釘將其與壓板安裝在一起。1/4 公規(guī)可以用來(lái)檢測(cè)花盤(pán)和過(guò)渡盤(pán)。

如圖3 所示為1/4 環(huán)規(guī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。它是檢測(cè)1/4短錐的專(zhuān)用環(huán)規(guī)，其內(nèi)錐面的基本直徑d 應(yīng)符合工作量規(guī)的要求，在制造過(guò)程中應(yīng)保證左端面相對(duì)于內(nèi)錐面的垂直度要求。測(cè)量時(shí)環(huán)規(guī)內(nèi)錐面緊貼主軸1/4 短錐，用塞尺測(cè)量環(huán)規(guī)與主軸法蘭盤(pán)端面間的間隙，根據(jù)間隙值以及其錐度長(zhǎng)徑比1/4 的關(guān)系，即可計(jì)算出主軸短錐的大端尺寸D。即

圖2 1/4 公規(guī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 1/4 環(huán)規(guī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

式中，D 為主軸1/4短錐大端尺寸;d 為1/4 環(huán)規(guī)實(shí)際尺寸;b為環(huán)規(guī)端面與主軸端面的間隙。

該方法是測(cè)量主軸端部1/4 短錐的常用方法，應(yīng)用比較普遍，簡(jiǎn)單實(shí)用。但存在以下缺點(diǎn):①測(cè)量數(shù)值不準(zhǔn)確，測(cè)量時(shí)因經(jīng)常出現(xiàn)間隙值無(wú)相對(duì)應(yīng)塞尺規(guī)格的情況，需將幾種規(guī)格的塞尺疊加測(cè)量，影響測(cè)量精度。②測(cè)量數(shù)值不直觀，無(wú)法直接測(cè)得結(jié)果，經(jīng)塞尺測(cè)量后需經(jīng)過(guò)計(jì)算才能得到結(jié)果。③測(cè)量精度不能滿(mǎn)足高精度主軸1/4 短錐的測(cè)量要求。

3.帶表1/4 環(huán)規(guī)的結(jié)構(gòu)與使用方法

為了能夠快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)主軸端部1/4 短錐，設(shè)計(jì)了精密帶表1/4 環(huán)規(guī)，其結(jié)構(gòu)如圖4 所示。1/4環(huán)規(guī)的端面上均布4 處端孔，在端孔內(nèi)安裝彈性套，用來(lái)固定指示表，彈性套和指示表用緊定螺釘鎖緊。

圖4 帶表1/4 環(huán)規(guī)

使用時(shí)先將1/4 環(huán)規(guī)放置在精密平板上，指示表通過(guò)彈性套的夾持安裝在環(huán)規(guī)端面上的4 處沉孔內(nèi)，彈性套與沉孔以及表?xiàng)U的配合要適宜，過(guò)松則不能將指示表緊固，過(guò)緊則會(huì)影響指示表的靈敏性。根據(jù)所要測(cè)量的短錐尺寸值調(diào)整指示表的量程，一般壓表0.20～0.25 mm，然后將指示表表盤(pán)調(diào)整到零位，調(diào)整完畢后用緊定螺釘將彈性套和指示表鎖緊。測(cè)量時(shí)將1/4 環(huán)規(guī)的內(nèi)錐面緊貼主軸短錐的錐面，通過(guò)讀取指示表的數(shù)值就可以得到環(huán)規(guī)與主軸端面的間隙值。通過(guò)長(zhǎng)度與直徑上4∶1 的換算關(guān)系，就可以快速而準(zhǔn)確地測(cè)得1/4 短錐的尺寸。

該結(jié)構(gòu)環(huán)規(guī)成功應(yīng)用于高速車(chē)床電主軸的主軸端部檢測(cè)，其結(jié)構(gòu)形式為A2—6，1/4 短錐對(duì)基準(zhǔn)的跳動(dòng)為0.003 mm，其大端尺寸為φ106.3750-0.01mm，

技術(shù)要求環(huán)規(guī)與端面的間隙為0.04～0.08 mm。按照常規(guī)的檢測(cè)方法，用塞尺檢驗(yàn)，不僅檢驗(yàn)精度難于保證，而且檢驗(yàn)過(guò)程不易控制。采用帶表1/4 環(huán)規(guī)結(jié)構(gòu)后，成功克服了以上難題，有效保證了該類(lèi)型主軸的制造和檢測(cè)。

4.結(jié)語(yǔ)

1/4 短錐作為一種典型的機(jī)床主軸端部結(jié)構(gòu)，在普通機(jī)床、數(shù)控機(jī)床以及專(zhuān)用機(jī)床上得到廣泛的應(yīng)用。此外，一種圓柱形的端部聯(lián)接方式(ISO 702—4)在高速、高精密機(jī)床的設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用，由于其取消了中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精密可靠，尤其適合高速機(jī)床(本研究受“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專(zhuān)項(xiàng)“精密機(jī)床主軸高效、柔性加工生產(chǎn)線(xiàn)”(2013ZX04012051)項(xiàng)目支持)。