车床主轴箱轴承孔变形问题分析及维修孙庆文

车床主轴箱轴承孔变形问题分析及维修孙庆文

孙庆文李阳

中车齐齐哈尔公司货车分厂黑龙江齐齐哈尔161002

摘要：本文通过分析引起车床主轴箱轴承孔变形的各种原因，提出相关问题及解决对策，对车床的故障诊断及轴类零件生产加工精度有显著的提高和对车床的维护具有一定的参考意义。

关键词：车床主轴箱；轴承孔；变形；维修

一、主轴承孔变形的基本原因

车制时的切削力是由切向力F，背向力F，和进给抗力F，会成的（如图I所示）。车床在动削过程中.切削力直接影响切削热，工件的加工精度受主切削力的影响，各部件都会产生变形，当切削速度ve.背吃刀量a。和进给量f都增大时，主切削力相应增大。当工件材料的强度，硬度越高时，主切削力也随之增大。在切削过程中，影响切削力的因素很多，其中，主要因素有工件材料，切削用量，刀具的几何参数，切削液及刀具的材料等。在主切削力的作用下：车床床身导轨，床鞍的变形并不大。这是由于在设计中已经考虑了它们的足够的刚度。主切削力对车床主轴箱轴承孔的影响很大。主切削力Fx通过工件传递给主轴，再通过轴承传递到主轴箱，前后轴承孔长期受切削力的作用产生弹性和塑性变形。尤其是主轴前端轴承孔的受力较大，通常大于主切削力：因此前轴承孔产生塑性变形的可能性也大。当切削力通过主轴传到前轴承时，由于轴承外圈属于薄壁零件。在外力的作用下产生弹性变形，变形的方向与受力方向相同（如图2所示）：轴承外圆局部产生椭圆，轴承内圈局部变形，表面将力传递到轴承孔表面，在局部接触面上产生较大的压力，主轴箱是由灰铸铁铸造而成。灰铸铁的组织晶粒大于碳钢，在压应力的作用下，灰铸铁的组织晶粒产生扭曲变形。当压应力超过灰铸铁的弹性极限时，主轴前端轴承孔产生塑性变形而不能回到原来状态。轴承的材料是轴承钢，在切削外力消除后。轴承外围恢复到原来状态。当机床无载荷时，在变形后的轴承孔与轴承外圈之间形成较大的间隙（如图3所示）.车床空载时检验主轴对导轨的平行度，由于轴承外圈处于不变形的状态的状态下。主轴的位置精度不会受轴承孔椭圆度影响。但随着主切削力的增大，轴承外圈朝着间隙方向变形，前轴承及中心线也向变形方向位移。切削抗力越大，变形越大，主轴中心线位移也越大。这时机床主轴中心线对导轨的平行度超差。加工出的轴类零件就会产生较大锥度。

另外，主轴箱体铸造时，若主轴孔砂芯棒发生位移，加工时采用借料的方法来找正主轴孔位置。但要注意主轴孔的位移方向与主轴箱受切削力的方向相反的情况。这样，受切削力作用的方向加工余量增大，不符合重要表面余量珍匀的原则，导轨加工余量大的表面组织晶粒粗大，抗压强度较低。

二、主轴承孔的维修

在长时间使用车床后，箱体孔材料容易超过疲劳限度从而产生变形。因此，修理车床时要注意满足轴承孔精度。若主轴箱轴承孔的精度误差变化较小，可在轴承孔表面涂镀一层金属，若轴承孔的椭圆度变化较大，可在轴承孔内镶套然后进行加工。

（一）进行预检

一般采用检验芯棒或百分表进行主轴精度的预检测，主要进行检验主轴轴肩、主轴轴颈、主轴锥孔的径向跳动。对主轴轴肩、主轴轴颈、主轴锥孔径向跳动检验的目的是检查外圆磨损及跳动是否变大，正常情况下误差保证在0.01%范围内。

（二）拆卸主轴前进行几何精度检查

支撑车床主轴的支撑架制造比较特殊，短圆柱滚子安装在轴承主轴两侧，该位置轴承具有承受径向力的作用。因为短圆柱滚子轴承具有很大的承载能力，刚度较大。所以说，可以通过轴向移动主轴来适当调节轴承间隙来增加主轴的回转精度及增大其刚度。通俗来讲，就是适当调节前轴承，当调节前轴承不起任何作用时也可调节后轴承，对车床主轴部件的精度检查。

（三）主轴维修环节

（1）主轴精度的检查和修理

通常使用两种方法进行检验主轴的精度：①在车床上测量；②使用V行架进行测量。这两种方式的使用方法相同，两者都是将一个堵头放置在主轴后端的中心孔位置，并且将钢珠放在中心孔内，确保该钢珠可挡住挡铁进行控制主轴的轴向移动。进行检查轴肩、轴径及轴锥孔的跳动时采用千分表，使用电镀以及刷镀的方式进行轴肩、轴径及轴锥孔的修复。

（2）主轴锥孔的检验和修复

使用千分表进行检验主轴孔时，首先将检验棒放进主轴锥孔内，然后将千分表的接触头触碰到芯柱两侧，最后使主轴回转一周即可测到其跳动误差。在修复主轴锥孔时，可视锥孔磨损程度分为：①轻微磨损修复；②严重磨损修复。如果主轴锥孔磨损度较轻则可使用研磨棒进行修复或者使用绞销，如果主轴锥孔磨损度较大则必须使用精磨。对主轴轴肩支撑面进行修复时可以选择精磨或精车，精磨或者精车可以选择在总装配之后进行。如果安装主轴，应采用定向装配法，首先将要安装的主轴进行调整；然后将松开固定在螺母上的螺钉；最后顺时针调整螺母，使螺母内圈朝着轴向转动。在调整过程中，确保无论转速多高都不会出现过热现象。

（四）车床主轴箱轴的修复方法

（1）热喷涂修复

热喷涂修复法适用于合金、金属等多种材料，并且热喷涂修复法的涂层厚度也大小不一，一般涂层厚度在0.05-2mm之间浮动。在喷涂过程中，采用的工件一般都具有很低的温度，低温能够使工件保持原有的组织，不会因为温度而产生变形，操过过程极其简单。这种方法的缺点就是工件表面和喷涂层之间的结合程度比较低，所以在进行喷涂前一定要先打磨好设备零件，但是打磨零件会损伤到零件的强度，并且容易导致零件产生腐蚀。所以，采用热喷涂法对车床主轴进行修复时，需要注意避免修复低冲击荷载或者小零件的表面，尽量避免因为零件产生腐蚀而降低车床主轴的刚度。

（2）刮研修复

刮研修复发能够根据实际情况将工件变成特殊的形状，从而消除加工过程中产生的误差，这种方法能够解决机械加工过程中解决不掉的一些问题。刮研修复法在工作过程中可以充分接触到工件的表面，研磨的精度非常高。这种方法的缺点是需要消耗大量的人力，整个修复过程都需要人工，相对于机械加工来说，工作效率比较低，人工成本较高。车床主轴的部件与部件之间产生摩擦或者导轨和相对滑面之间产生摩擦的情况下，采用刮研修复法能够提高密封性。

（五）修理后对部件的精度检查记录

对车床主轴维修完成后，为了确保车床维修成功，首先做好相应的精度检查，做好记录跟踪。然后开车验收，对车床的运动过程做好检查记录。车床主轴维修完成后的主轴部件精度检查。

三、结语

我国机械制造业将朝着更高、更快、更好即“高、精、尖”的方向发展。要求零件的制造精度也越来越高，车床主轴作为车床不可或缺的一部分，作为动力传输的核心，对其维修也有着更高的要求，通过各种途径来修复车床的磨损，进一步提高车床自身精度，使零件的加工精度得到进一步提高。

参考文献：

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