主轴箱部件分析计算及工艺保障措施

2016-07-18张大鹏

大科技 2016年11期

关键词：锥孔数控车床精加工

张大鹏

（齐重数控装备股份有限公司黑龙江齐齐哈尔 161000）

主轴箱部件分析计算及工艺保障措施

张大鹏

（齐重数控装备股份有限公司黑龙江齐齐哈尔 161000）

对于重型数控车床而言，主轴箱无疑是其最为关键的传动装置，其质量将直接关系到精度、抗震性及使用寿命都有很大的影响。主轴箱的静态和动态性能是决定整机性能的重要因素。了解主轴箱结构的振动特性，如固有频率和振型等，能避免在使用中因振动造成的危害，为主轴箱结构的改进、优化打下一个良好的基础。

重型数控车床；主轴箱；静力分析；模态分析

前言

伴随科技的持续进步，生产力水平不断提高，当前社会对于机械产品不论是在质量、性能还是效率等一系列角度的要求也在不断提升。主轴箱身为封闭箱体，其内部通过筋板串联在一起。主轴箱对于整个车床而言非常重要，其主要作用是用来布置车床的主轴和一系列的传动零件等，其内部包括了主轴、轴承以及置于主轴上的一系列传动和密封件。其质量的优劣将会对整个数控车床作业的精密度产生相当显著的影响。本文主要针对重型数控车床主轴箱进行研究。

1 主轴箱受力分析及校核计算

1.1 受力分析

已知电机功率P=200kW，转速400～1600r/min，取系统传动效率0.8，则：主轴最大转矩T=308437.6Nm。

1.2 校核计算

1.2.1 齿面接触疲劳强度校核

试验齿轮的接触疲劳极限应力σHlim=1160MPa，接触强度计算的寿命系数ZN=1.3，润滑油膜影响系数ZLVR=0.9，工作硬化系数ZW=1.1，尺寸计算系数ZX=1，最小安全因数SHlim=1.3。使用系数KA=1.1，动载系数KV=1.01，齿向载荷分配系数KHβ=1，齿间载荷分配系数KHα=1，节点区域系数ZH=2.35，弹性系数 ZE=189.8，重合度及螺旋角系数 Zαβ=0.75。因为 σH＜σHP，满足。

1.2.2 齿根弯曲疲劳强度校核

齿轮材料抗弯疲劳强度基本值σFE=720MPa，寿命系数YN=1，相对齿根圆角敏感系数YSrelT=1，相对齿根表面状况系数YRrelT=1，抗弯强度计算的尺寸系数Yx=1，抗弯强度最小安全系数SFmin=1.4。使用系数KA=1.1，动载系数 KV=1.01，齿向载荷分配系数 KFβ=1，齿间载荷分配系数 KFα=1，负荷齿型系数 YFs=4，重合度及螺旋角系数 Yεβ=0.44。因为 σF＜σFP，所以安全。

2 主轴箱单元工艺保障措施

主轴箱体、主轴均为机床的超大、精密零件，其精度与稳定性，均直接影响机床的整体精度。为保证其精度与稳定性，工艺提出具体控制方法如下：

2.1 机加过程控制

2.1.1 精度稳定处理

为保证主轴箱精度在使用过程中，能持续稳定，在加工该主轴箱过程中，严格采用粗、半精、精加工分开的工艺原则，在毛坯、粗加工、半精加工、精加工中的间过程，合理安排时效处理的工艺手段，消除零件内部的残余应力，以达到床身精度指标稳定的目的。即在毛坯阶段进行一次热时效，消除铸造的应力，在粗加工后进行一次热时效，消除粗加工带来的应力变形，在半精加工后，进行一次振动时效，并在以上时效后，再增加三个月的自然时效工序，然后再进行精加工，确保零件的使用精度可以持续稳定。

2.1.2 精度保证工艺措施

主轴箱的主轴孔是本机床回转精度的基础，为控制此关键精度，采用精密落地铣镗床，配置精密平旋盘，对其进行精加工的工艺方法，严格保证这个重要孔的圆柱度和粗糙度。

2.1.3 主轴

该零件是控制零件回转精度的关键所在。其中，前后轴径1：12锥面及端台为精密轴承安装面，其锥度和粗糙度以及两个锥面的同轴度、端面的平面度与垂直度将直接影响轴承的安装精度。工艺上采用精密外圆磨床，对这些重要表面进行加工，并以轴承套圈为基准进行配磨的方法，严格控制了以上各项精度。

2.2 装配和调整

2.2.1 主轴箱、尾座的装配调整

主轴轴承的预紧调整，采用直立悬垂脱落法，调整主轴前后轴承的游隙处于最佳值。

2.2.2 采用自身加工修配法，完成主轴顶尖锥孔的加工

设计专用自磨机，由主轴自驱动，完成主轴锥孔的精密加工，抵消了零件加工、装配给主轴锥孔带来的误差。保证了主轴锥孔轴线端径跳的高精度。