山東博特精工股份有限公司 (濟寧 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)形狀由機床類型及夾具或刀具的形狀而定，同時應(yīng)使之能保證刀具或卡盤的定位準確、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度。由于刀具、夾具的尺寸已經(jīng)標準化了，所以相應(yīng)的通用機床的主軸端部形狀和尺寸也已經(jīng)實現(xiàn)了標準化，專用機床設(shè)計時也應(yīng)根據(jù)機床用途和結(jié)構(gòu)特點選用相近類型的標準結(jié)構(gòu)，以便于機床主軸的制造、裝配和使用維修。

1.主軸端部結(jié)構(gòu)及工藝特點

標準化的機床主軸端部結(jié)構(gòu)包括A 型、C 型和D型等，主要用于臥式車床、立式車床、數(shù)控車床、高精度車床以及磨床等。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)特點就是通過1/4 短錐定心，聯(lián)接過渡盤或花盤，使夾具或刀具準確定位，所以其1/4 短錐的制造精度在一定意義上決定著整個主軸系統(tǒng)甚至整臺機床的精度。

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，用螺釘通過螺紋孔d2將端面鍵固定。聯(lián)接刀具或夾具的過渡盤、花盤通過1/4 內(nèi)錐面與短錐配合定心，自然結(jié)合狀態(tài)下過渡盤與主軸法蘭盤端面之間有一定的間隙b，當使用螺釘通過螺紋孔d 將過渡盤與主軸緊固后，理想狀態(tài)下過渡盤1/4 錐面和端面與主軸同時接觸，以保證聯(lián)接有足夠的剛度。

在實際加工與測量過程中，1/4 大端尺寸D 為1/4 錐面延長線與法蘭盤端面的交點，是一理論尺寸，無法通過通用量具直接測得。在制造過程中，需要先利用端面外圓磨床加工出法蘭盤端面，保證其相對于基準的垂直度和端面跳動;然后將機床工作臺調(diào)整到1/4 錐度的半角位置，來磨削1/4 短錐的錐面，這時1/4 短錐的大端尺寸以及錐度公差就需要環(huán)規(guī)來檢驗。

圖1 A2 型主軸端部結(jié)構(gòu)簡圖

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

為方便使用與測量，可以將1/4 公規(guī)設(shè)計成如圖2 所示的結(jié)構(gòu)。首先制作1/4 公規(guī)，可以使用萬能工具顯微鏡或正弦尺來檢驗其錐度，使其尺寸、角度符合工作量規(guī)的要求，并保證其右肩面對軸線的垂直度要求;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)可以用來檢測花盤和過渡盤。

如圖3 所示為1/4 環(huán)規(guī)結(jié)構(gòu)簡圖。它是檢測1/4短錐的專用環(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，在制造過程中應(yīng)保證左端面相對于內(nèi)錐面的垂直度要求。測量時環(huán)規(guī)內(nèi)錐面緊貼主軸1/4 短錐，用塞尺測量環(huán)規(guī)與主軸法蘭盤端面間的間隙，根據(jù)間隙值以及其錐度長徑比1/4 的關(guān)系，即可計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)簡圖

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

該方法是測量主軸端部1/4 短錐的常用方法，應(yīng)用比較普遍，簡單實用。但存在以下缺點:①測量數(shù)值不準確，測量時因經(jīng)常出現(xiàn)間隙值無相對應(yīng)塞尺規(guī)格的情況，需將幾種規(guī)格的塞尺疊加測量，影響測量精度。②測量數(shù)值不直觀，無法直接測得結(jié)果，經(jīng)塞尺測量后需經(jīng)過計算才能得到結(jié)果。③測量精度不能滿足高精度主軸1/4 短錐的測量要求。

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、準確地檢測主軸端部1/4 短錐，設(shè)計了精密帶表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)

使用時先將1/4 環(huán)規(guī)放置在精密平板上，指示表通過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桿的配合要適宜，過松則不能將指示表緊固，過緊則會影響指示表的靈敏性。根據(jù)所要測量的短錐尺寸值調(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。測量時將1/4 環(huán)規(guī)的內(nèi)錐面緊貼主軸短錐的錐面，通過讀取指示表的數(shù)值就可以得到環(huán)規(guī)與主軸端面的間隙值。通過長度與直徑上4∶1 的換算關(guān)系，就可以快速而準確地測得1/4 短錐的尺寸。

該結(jié)構(gòu)環(huán)規(guī)成功應(yīng)用于高速車床電主軸的主軸端部檢測，其結(jié)構(gòu)形式為A2—6，1/4 短錐對基準的跳動為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)的檢測方法，用塞尺檢驗，不僅檢驗精度難于保證，而且檢驗過程不易控制。采用帶表1/4 環(huán)規(guī)結(jié)構(gòu)后，成功克服了以上難題，有效保證了該類型主軸的制造和檢測。

4.結(jié)語

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