关于数控机床主轴支承结构的探讨

    在数控机床中，不论是数控车床、钻床还是铣床，其主轴是最关键的部件，对机床精度起着至关重要的作用。

    主轴的结构与其需实现的功能关，加工及装配的工艺性也是影响其形状的因素。主轴端部的结构已标准化，主轴头部的形状手册中已有规定。

    机床主轴的定位形式一般有两支承或三支承。以两支承的数控铣床主轴为例进行介绍。
    
    大部分机床主轴前端结构如图1所示，重点讨论主轴前支承部分。主轴前端支承是由3182100系列轴承和一个能承受双向力的角接触轴承构成。国外有很多数控机床主轴也采用这种结构。

图1　机床主轴前端结构

    该结构对技术力量较强的厂家来说，凭经验进行合理的选配和调整，不会对精度产生太大的影响。但这种结构在设计上存在不妥之处，当前面的3182100系列轴承2需要预紧时，要靠拧紧螺母6来实现。在装配前选配调整垫1时，因为主轴本身的加工等原因，很难使调整垫1正好符合3182100系列轴承的预紧力要求，因为当各件都装上后，拧紧螺母6使3182100系列轴承开始预紧，但当轴承2的外端与调整垫1端面接触时，因轴承位置已经靠死，螺母拧不动。若轴承2未达到应有的预紧力时，将会影响主轴的刚性和回转精度。

    在轴承精度已选好，且工件加工情况也良好时，从理论上分析前后轴承的调整对主轴精度的影响，如果2所示。前后轴承最大径向跳动位于同一平面，并在主轴轴线的同侧。δ表示主轴前端检验处的径向跳动，δ1表示前轴承的最大径向跳动，δ2表示后轴承的最大径向跳动，且δ＜δ1＜δ2，a为主轴前支承到检验处的距离，L为主轴前后支承之间的距离。

    另一种情况，如图3所示，前后支承的最大跳动位于同一平面，但在主轴轴线的两侧。主轴前端检验处的最大径向跳动为δ′，且δ′＞δ1。

    比较两种情况可以得出以下结论：δ＜δ′，表明若使主轴前端检验处径向跳动最小，应使其满足图1的条件，而应避免图3所示的情况。对图1所示的前支承调整环节来说，要达到图2所示的情况是比较困难的。

图2　　　　　　　　                　　　　　图3

    轴承的间隙是影响主轴回转精度及刚度的重要因素。然而轴承在预紧过程中，若间隙过小，容易引起主轴轴承过热；若间隙过大，又会影响回转精度，所以用图1所示的结构对轴承进行预紧时，很难将间隙一次性调好。如调不好，还要重新拆下轴承等相关的一些零件，再拿出调整垫1进行配磨。磨去多少合理，理论上无法算出，只能凭经验。这样既烦琐，又难以保证效果。

    如果将主轴前支承的定位方式改为图4所示。以螺母1进行轴向定位，垫片2起防松作用。在加工中若稍有位置偏差，也可通过垫片1使之与轴承3的端面均匀接触。由此可见，螺母1既是轴向定位基准，又可控制轴向移动量，因此调整控制比较方便。

图4

    在过去，这种定位方式较难推广，其主要原因在于主轴上切削螺纹时，螺纹孔和螺母端面的垂直度要求很高，因此难以加工。但在目前数控机床普及的情况下，切削螺纹的工序已经比较容易。这种结构在理论上是正确的，在实践上是可行的。