自动化设备 发表于 2014-6-25 09:00:03

数控车床整机装配中对于机头精度的要求及检测

    对于一般的卧式数控车床,除了作为基底的床身的水平精度,最重要的一项精度就是床头精度,因为,被加工工件的主运动来源于床头主轴的带动,工件的尺寸公差和形位公差,很大程度上受到床头精度的影响。鉴于此,对于床头方面的精度要求(即床头主轴方面的精度要求)主要集中于以下几个方面:  主轴端部的跳动;  主轴定心轴颈的径向跳动;  主轴锥孔轴线的径向跳动;  顶尖的跳动。  一、主轴端部的跳动  检验方法:  a) 主轴轴向窜动:  将主轴锥孔中插入检棒,并于检棒的端部顶入钢球,将表针压倒钢球处,保证钢球牢靠,此时,手动转动床头主轴,观察百分表示数的变化,记录数据,对比后保证公差带范围在0.01以内。
  b)主轴轴肩支撑面的跳动:  直接将表针压倒主轴轴肩支撑面上,手动转动床头主轴,观察百分表示数的变化,记录数据,对比后保证公差带范围在0.02以内。  检验目的:  检查以上两项精度,主要是考虑到加工零件的精度。由检查的两项内容可以看出,这两项都是在围绕轴向跳动,轴向跳动在加工中主要是影响零件轴向尺寸及精度,如在车削平面时,轴向跳动将对平面度产生影响,而加工阶梯面时,在影响阶梯表面的单面平面度之外,还会影响各加工阶梯面之间的平行度。本项精度主要是针对两个方面,a)是考虑到有些零件的加工,可能需要用主轴锥孔定位夹紧,避免这时出现轴向跳动超差;b)是考虑根据我国的卡盘装配特点,保证卡盘的定位面不会产生轴向跳动,以致影响到装夹零件后的加工误差。  二、主轴定心轴颈的径向跳动  检验方法:  直接将表针压倒主轴定心轴颈上,手动转动床头主轴,观察百分表示数的变化,记录数据,对比后保证公差带范围在0.01以内。  检验目的:  主轴定心轴颈的作用就是用于定位卡盘,由于采用7°7′30″的锥面设计,所以,定心轴颈具有自定心的作用,在卡盘精度较好的情况下,相当于将主轴的轴向,径向精度转移到卡盘上。检验标准中所谓的径向跳动,实际是在垂直于锥面的方向上测量的数值,经过水平和竖直方向的分解后,便形成了主轴的轴向,径向跳动误差,这个误差值就是主轴定心轴颈的精度。  三、主轴锥孔轴线的径向跳动  检验方法:  将一端带有1:20锥度的检棒插入主轴孔中,保证接触率达75%以上,将百分表固定于滑板上,表针压到检棒直柄的根部(靠近主轴端面),手动转动主轴,观察示数的变化,记录最大、最小值,看是否在0.01范围以内;再移动溜板,带动百分表到距离主轴端面300mm处(实际应该是距离上一个观察点300mm处),手动转动主轴,观察示数的变化,记录最大、最小值,看是否在0.02范围以内。  但是,在条件允许时,应该在检棒相距300mm的两处,同时测量数据,这样,才能更直接地反映出主轴锥孔轴线的回转精度,而将由于床身导轨直线度误差排除在外。  检验目的:  这个检验项目,其实就是检查主轴的回转精度,并将主轴精度转化出去的过程,精度合格,则检棒的精度就是能够反映主轴的精度。那么,后期的其他各处相对于主轴的精度都可以间接地通过和检棒的精度的关系,得到表达。  四、顶尖的跳动  检验方法:  顶尖插入主轴锥孔内,固定百分表,使表针垂直指向顶尖锥面,并产生接触。沿主轴轴线方向施加一恒定力F,旋转主轴检验,百分表读数乘以cosα(α为锥体半角)后,就是主轴顶尖的径向跳动误差值。 检验目的:  此项精度检验的目的,是在用台尾顶尖作为辅助支撑加工零件时,相当于增加了一个力F,而零件通过主轴前端锥孔卡紧,带动工件转动进行车削。这时,主轴的顶尖跳动精度实际就是反应了主轴锥孔的圆转精度,是实际回转中心与理论回转中心的偏离情况的反应。所以,这也是主轴回转精度的有一个方面,只是没有采用卡盘夹紧的装夹方式。  下面,谈一下所谓的"圆转"  在机床装配过程中,往往有主轴圆转这种说法,其实,以上几项精度分别是主轴圆转的三个方面。所谓的"圆转"是俗称,其实应该称为主轴的"回转精度"。回转精度,顾名思义,就是在主轴产生回转运动时,所能达到的精度。  主轴回转精度的定义:  主轴在作转动运动时,在同一瞬间,主轴上线速度为零的点的联接,称为主轴在该瞬间的回转中心线,在理想状况下,主轴在每一瞬间的回转中心线的空间位置,相对于某一固定的参考系统(例如:刀架、主轴箱体或工具机的工作台面)来说,应该是固定不变的。但实际上,由于主轴的轴颈支承在轴承上,轴承又安装在主轴箱体孔内,主轴上还有齿轮或其它传动件,由于轴颈的不圆、轴承的缺陷、支承端面对轴颈中心线的不垂直,主轴的挠曲和工具机结构的共振等原因,主轴回转中心线的空间位置,在每一瞬时都是变动的。把回转主轴的这些瞬间回转中心线的平均空间位置定义为主轴的理想回转中心线,而且与固定的参考座标系统联系在一起。这样,主轴瞬间回转中心线的空间位置相对于理想中心线的空间位置的偏离就是回转主轴在该瞬间的误差运动。这些瞬间误差运动的轨迹,就是回转主轴误差运动的轨迹。主轴误差运动的范围,就是所谓的主轴回转精度。由此可见,主轴的回转精度,说明回转主轴中心线空间位置的稳定性特点。  对于机床类产品,如主轴箱、回转工作台等,其主轴或回转盘的回转精度,即是其自身的精度,与所选参考位置无关。  如CAK50系列床头主轴的回转精度,只是在主轴旋转时,其主轴沿着回转轴线转动,在径向及轴向方向上产生的跳动,即径跳与端跳。  产生原因:回转误差产生的原因很多,如主轴箱在加工过程中,主轴轴承孔加工不同轴,或是主轴加工中的主轴端1:20锥孔与轴承定位锥面的同轴度误差,都会是回转误差产生。
确定原因:  1、若排除床头箱主轴轴承孔的同轴度加工误差的影响,即同轴度合格,不影响回转精度,则回转误差是由主轴的定位轴承锥面与主轴端1:20锥孔不同轴产生的。  首先,分析一下主轴的加工方法:我厂的主轴关键部位的加工,是以主轴两端1:20锥孔定位,磨削主轴轴承面,而起主要影响的是主轴前端1:12(轴承面)的锥面,这个锥面用于定位双列圆柱滚子轴承。在我们假定箱体孔合格,轴承合格的情况下,产生回转误差的原因就是1:12锥面与轴承内环的接触问题上,倘若接触率合格,而主轴同轴有问题,则相当于主轴1:20锥孔是相对于主轴内环做非圆轨迹的转动,因此,必然在主轴的径向和轴向产生窜动,致使回转出现误差。  2、若假定主轴加工合格,而主轴箱轴承孔存在不同轴的问题,则在主轴安装过程中,各轴承零件均合格,则主轴装配会产生轴线上的挠曲变形。在变形的末端,主轴头会偏离主轴一定的角度,将这个角度再正交平面内分解到径向和轴向,便产生了跳动值。若主轴材质均匀,则变形在一点处的值一定,不影响回转精度,但是,材质不可能完全均匀,而且主轴转动的过程中会逐渐产生变形,因此,会对回转产生一定的影响,体现在轴向及径向的表数变化上。
检查机床回转精度的目的:  之所以要看机床的回转精度,是要从机床的各项基准说起。  机床的所有精度都是从床身的水平谈起,然后,在水平调整好之后,就要安装床头箱,即主轴箱。归结到床头精度的调整上。从机床的运动分析可以看出,机床主轴的回转运动是机床的主运动。因此,重心自然落到了主轴精度上。 从主运动到主轴的回转运动可见,主轴的回转精度对被加工件的精度影响河大,必须足够忠实 。  从装配角度分析,主轴精度是第二项重要精度。其后装配的床鞍、滑板乃至台尾的各项精度,都是要以主轴精度作为基准,因此,可再次确认主轴回转精度的重要性。  检查主轴的回转精度,实际上就是看主轴的回转轴线是否对中,即主轴是否绕中心线转动。这一项,首先要靠加工的同轴度来保证,后期还需要装配中对各内部零件的调整,是主轴达到绕理论中心线旋转。  机床回转精度的检验方法:  1、 有端部定心轴孔的主轴的检验方法:  对于主轴两端有1:20锥孔的主轴,其回转精度用一端带有1:20锥度,另一端为直棒的检棒进行检验,方法见G6精度,如果表针的跳动值范围超出工艺允许的范围,则可以调整双列圆柱滚子轴承的游隙,使实际的主轴中心线接近理论中心,表针跳动值达到工艺要求的范围。从而使直头检棒中心能够被认为与主轴中心线在一条直线上,保证了作为后续基准的床头主轴的精度可以用检棒来表达。  2、 无轴端锥孔的回转工作台的回转精度的检测手段:  对于此类回转工作台,将如图的检具大盘端把合到回转工作台的台面上,尽量使回转中心与检棒中心重合(主要靠定位螺丝,定位孔的加工尺寸精度保证),把合后,保证两接触面之间不下塞尺,达到足够的接触率。然后分别在直棒的根部和远端压表,转动回转工作台的台面,观测示数的变化。如果回转精度超差较多,则按照120°的增量,在检具大盘面与工作台面之间塞入可变形的纸壳,进行把合,此时,就不再要求是否可下塞尺了。然后,再次在检棒的直棒根部和远端压表检查回转精度,按照偏差值调整把合力的大小,使纸壳变形,以达到回转精度表数值在工艺要求以内。此时,检棒的精度就反应了主轴的回转中心,即主轴在绕理论回转中心转动。这样,便将主轴的回转精度用检棒表达出来了。  对于其它各项精度,都要以主轴的回转中心为基准,进行测量,所以要用以上方法,将主轴的回转中心转化出来。

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