机床主轴回转误差对零件加工质量的影响及可采取的技术措施

・232・ 机械　2003年第30卷增刊

机床主轴回转误差对零件加工质量的影响及可采取的技术措施

孙英达

（浙江工业职业技术学院，浙江 绍兴312000）

摘要：针对机床主轴回转误差对零件加工质量可能造成的影响，介绍了各种摆脱和减少机床主轴回转误差可采取的技术措施。

关键词：主轴回转误差；加工质量；技术措施

1 对零件加工质量的影响

机床主轴是确定工件或刀具位置及运动的关键部件，它的回转精度误差，对零件的加工精度和表面粗糙度有很大影响，因此必须加以限制和克服。下面就机床主轴回转误差对零件加工质量的影响及可采取的技术措施谈谈看法，希望在同行们进行专用机床的设计、夹具设计、加工工艺的制订的时候起到一定的借鉴作用。

机床主轴回转误差主要包括主轴径向跳动和轴向跳动误差两个方面。在工件切削加工时，主轴径向跳动误差使被加工零件的径向尺寸精度和形状精度（圆跳动和圆柱度）明显下降；主轴轴向跳动误差使被加工零件的端面跳动量增大，轴向尺寸精度难以控制。因此，主轴回转误差会降低零件的加工精度。另外，由于主轴径向跳动和轴向跳动量大，使工件或刀具产生较大的动载荷，工艺系统不稳定，在零件切削加工时引起振动，使零件的加工精度下降，也造成零件表面粗糙度明显增大。

2 采取的技术措施

2. 1摆脱主轴回转误差的影响

图1为镗模结构示意图。镗模中的导套为镗刀杆定位并导向，万向接头保证镗刀杆与主轴成浮动连接，基本摆脱了主轴回转误差对加工精度的影响。

图1 镗模结构示意图

图2为外圆磨床主轴部分结构。工作时顶尖不转动，只起定心作用；工件由拨盘带动旋转，即采用把传动和定位分开的主轴结构，消除了主轴跳动引起的误差。

图2外圆磨床主轴部分结构图 2. 2减少主轴回转误差的影响

（1）采用误差抵消法式 图3为在普通精度的立式铣床上，用偏心相互抵消法铣精密键槽时的刀具安装图。由于夹头套2有偏心误差e 1和铣刀夹头3有偏心误差e 2，则铣刀的安装偏心为e 1+e 2，因此铣出键槽宽度误差为2(e 1+e 2)。若把铣刀夹头3旋180º，则铣刀的安装偏差为最小，即等于e 1-e 2。当e 1=e 2时，铣刀夹头3的轴心线与主轴的轴心线重合。若主轴中心偏心振摆过大，还可以继续调整夹头套2 的偏心与主轴1的偏心相抵消，进一步提高键槽宽度的加工精度。

1.主轴

2.夹头套

3.铣刀夹头

4.键槽铣刀

图3铣键槽时刀具安装简图

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误差抵消法其实质是：在造成工件误差的诸因素中，把其中某个或几个误差的方向改变一下，使它和其余因素的误差尽量大小相等,方向相反，相互抵消，从而提高工件加工精度。

（ 2）装配后精加工

对于精密主轴，为了提高加工精度，可采用装配后精加工的方法。即把装配好的主轴部件进行精加工，经检查合格后清洗，然后再装配起来。如T42100型座标镗床主轴部件就是采用装配后精加工，来保证主轴锥孔轴线跳动为1~2微米的高精度。采用这种方法时，必须在拆卸时，在轴承外圈与箱体孔之间、轴承内圈与轴颈之间做好记号,如划线后再拆开。否则，再装配时往往达不到拆卸前的精度。

（3）用“自干自”的加工方法

“自干自”的加工方法是指利用一个部件装上刀具去加工另一个部件， 来保证各部件间的相对位置关系。这种方法不但在机床装配中用来达到最终精度，而且在零件的机械加工中也常常作为保证加工精度的有效措施。如在车床上精修三爪卡盘，当三个卡爪内支承面的中心与车床主轴轴心线不同心的时候，则工件加工表面与基准面也不同心。由于主轴和三爪卡盘相互位置精度不高造成加工误差超差，用“自干自”的方法修理，效果良好。即利用车床主轴轴心线的回转精度，修去三爪卡盘对主轴轴心线的偏心量。修理三爪卡盘时，在卡爪间夹一个圆盘，使卡盘机构产生与工作时相似的应力，然后再进行精镗和精磨,以达到机床主轴与卡盘具有较高的同轴度。

（4）提高主轴轴承的精度和刚度

主轴轴承分为滚动轴承和滑动轴承两大类。它的精度和刚度直接影响主轴的回转精度。

主轴轴承为滚动轴承时可采取的技术措施：①选用精度高的滚动轴承，如选用精度较高级和刚度高的轴承。滚子和滚针轴承的径向刚度比向心推力球轴承大得多，在必要情况下选高刚度轴承，可提高主轴回转精度。②采用轴承预加载荷的方法消除轴承间隙，甚至造成过盈，可使轴承的刚度和回转精度提高。③主轴回转精度不仅与轴承本身的的精度有关，而且与相配零件的精度和装配质量有密切的关系。提高相配件的精度和装配质量，可提高主轴的回转精度，因此，必须使轴承座孔和轴颈的精度与轴承的精度相适应。另外，主轴前后轴承座孔的同轴度也影响主轴的回转精度和主轴的正常工作,所以应合理地规定同轴度允许范围.

:采用液M7130型平面磨床，砂轮轴的两个轴承，一个是滚动轴承，一个是滑动轴承。使用中发现油膜刚度低、精度保持期短，零件加工后表面粗糙度大、振纹明显。将砂轮轴轴承改为小孔节流式液体静压轴承后，提高了主轴回转精度，使磨床性能大大改善，提高了加工质量和生产效率。当然，减少主轴回转误差，提高主轴回转精度还可考虑其他措施，诸如提高主轴的刚性、改善整个工艺系统的稳定性、保持良好的润滑等等。在具体应用中，我们应该结合实际情况，综合考虑质量、成本、效率等诸多因素，满足生产实际需要。

专用的深孔镗削加工机床，使得这种孔的加工非常困难。为了解决上述问题，可采用一个自制刀杆将该内孔进行镗削加工。该装置的结构如图4。为避切削加工时刀具运动的不平衡，在刀杆前端装一轴承定位（轴承外径与用钻头加工的小径内径相等），使刀具在圆周各个方向的窜动量小于或等于0.3mm ，然后将刀杆固定在机床架上，利用机床的走刀实现刀具的进给运动，并将

1．顶丝 2. 轴承 3.刀具 图4 自制镗刀结构图

一般单刀改为多刀对称安装，进行台阶式一次切削完成，其刀具图如图5所示。

这样一方面可使切削出的孔径一致，另一方面切削平稳。采用这种自制刀杆进行镗孔，使得在加工200mm 以下的深孔时仍尺寸准确，精度较高，提高了生产率。

图5 多刀对称加工图

采用上述三种方案可分别在大直径深孔的车削、镗削、磨削加工等方面很好地保证工件的技术要求，同时大大地提高劳动生产率，克服常规加工方法中所遇到的一些问题。

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（根据机床刀

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