机床主轴回转误差对零件加工精度的影响
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技术综合
0 引言
1 主轴纯径向跳动产生的原因
- 采用滑动轴承对主轴纯径向跳动的影响
(a) (b)
图1 车削和镗削时的主轴跳动
- 采用滑动轴承作支承时，主轴以其轴颈在轴承孔内旋转。对于车床类机床，在加工过程中，主轴的受力方向是一定的，主轴轴颈被切削力压向轴承孔表面的固定地方。这时主轴轴颈的不同部位和轴承孔内的某一固定部位相接触，所以轴颈的圆度误差会使主轴回转产生纯径向跳动，而轴承孔的形状误差对主轴回转精度的影响很小。如图1(a)所示。对于镗床类机床，作用在主轴上的切削力是随镗刀的旋转而转动的，轴颈上的某一固定部位与轴承孔表面的不同部位相接触，因此轴承孔的圆度误差会引起镗床主轴的纯径向跳动，而镗床主轴轴颈形状误差对主轴回转精度的影响不大，如图1(b)所示。
- 采用滚动轴承对主轴纯径向跳动的影响
- 主轴采用滚动轴承作支承时，引起主轴纯径向跳动的因素除了轴承本身的精度外，还与轴承相配合件的精度有关。
(a)孔与滚道不同轴
(b) 滚道不圆
图2 滚动轴承内外环形状及位置误差
- 滚动轴承精度的影响
滚动轴承外圈和内圈的滚道形状精度和位置精度对主轴纯径向跳动的影响与滑动轴承类似。如图2 所示。车削时，内圈滚道的精度影响较大；镗削时，外圈滚道的精度影响较大。 </DIV>
图3 滚动轴承滚动体的形状误差和尺寸不一致对主轴径向纯跳动的影响
- 滚动轴承的间隙对主轴的纯径向跳动也是有影响的。如图4 所示。设轴承的承载区在右边，这时内圈右移，当一个滚动体位于水平位置时，内圈的右移量比滚动体不在水平位置时的要小，使主轴产生纯径向跳动，这种纯径向跳动的频率比内圈的转速要高得多。
- 与滚动轴承相配合件的影响
- 轴承内圈是薄壁零件，受力后很容易变形，主轴轴颈的圆度误差将导致内圈变形而引起主轴的纯径向跳动。同理，轴承外圈也是薄壁零件，装到箱体孔中后，箱体孔的圆度误差也将引起外圈滚道产生变形，引起主轴的纯径向跳动。
图4 滚动轴承间隙对主轴纯径向跳动的影响
2 主轴纯径向跳动的数学表达式
1WMN)，O1点为主轴的瞬时轴心位置。利用坐标平移和旋转后可得到两个坐标系的坐标变换关系 。如图5所示。
图5 坐标变换关系图
根据简谐振动规律， 主轴轴心O1径向跳动的数学表达式为:
YO1=AYcosf
ZO1=AZcosf (1)
图6 镗削加工示意图
式中:f为主轴的转角：f= wt：AY、AZ是轴心分别在Y、Z两个坐标方向上简谐振动的幅值。
(2)
(3)
3 主轴纯径向跳动对零件加工的影响
- 对镗削加工的影响
- 在镗床上镗孔时，镗刀随镗床主轴一起作旋转运动。当主轴作纯径向跳动时，将使轴心线沿某一固定方向作简谐运动。镗出的孔形是由惯性坐标系中镗刀刀尖的运动轨迹所决定。设镗刀刀尖在动坐标系的位置为：M=R，N=0，其中R为所加工孔的半径。如图6所示。
- 将刀具的位置坐标和式(1) 代入式(2) ， 可得在惯性坐标系中镗刀刀尖的轨迹参数方程: Y=Y
O1+ Rcosf=(AY+R)cosf
Z=ZO1+ Rsinf=AZcosf+Rsinf (4)将(4) 式平方后整理得: Y2 + Z2 =1 (R+AY)2 (R+AYctgf)2(5)- (5)式为椭圆的参数方程，其长轴和短轴之半分别为R+A
Y和R+AYctgf。因此，在镗孔过程中，主轴有纯径向跳动误差时，那么镗出的孔将是椭圆形的，产生的误差为圆度误差，其值为：D=AY+AZ - 对车削加工的影响
- 在车床上加工外圆或镗孔时，工件随车床主轴一起作旋转运动。因此工件被加工表面的几何形状是由刀具在动坐标系中的相对轨迹决定的。设车刀刀尖在惯性坐标系中的坐标位置为Z=0，Y=-R。其中， R为加工半径，如图7所示。
图7 车削加工示意图
Ycosf)cosf-AZcosfsinf
N=(AYcosf-R) sinf-AZcos2f (6)
½=[(R-AYcosf)2+A2Zcos2f]½ (7)
Z的数值很小，可以略去，则式(7) 成为: r≈R-AYcosf (8)
图8 车削加工心形线图
1=R-Acosf，r2=R-Acos(p+f)，则D=r1+r2=2R， 说明此心脏线是一等径曲线，即工件的横截面几何形状无直径误差。
1不是加工后工件端面的实际轮廓的中心，工件的实际轮廊中心与O1的距离为A。
4 结论
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