序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們為您精選了1篇的數控機床中支承方式的改進設計研究樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發，請盡情閱讀。

主軸是數控車床最關鍵的的部位，對機床起著至關重要的作用[1-2]。由于刀具與工件之間產生周期性往復運動，數控車床的振動不可避免，如果操作不當，振動會導致振刀現象的發生[3]。筆者與某單位聯合開發的臥式數控車床，在切削螺紋和重切試驗時就出現了“振刀”現象，我們深入一線，通過觀察、切削試驗、裝配調整、查閱技術資料，最終找到了原因，對主軸結構及滾動支承方式進行了改進設計，解決了存在的問題，為進一步開發新產品積累了經驗、奠定了基礎。

1改進前的主軸結構及支承方式

改進前主軸結構及支承方式如圖1所示，車床主軸采用臥式布置。通過對車床多次切削加工、反復試驗，發現主軸結構和支承方式存在三個問題：①安裝、維修和調整困難。由于主軸前端支承軸承5采用了97000型軸承，可承受軸向、徑向力的雙向作用，體積小的雙列圓錐滾子軸承，軸承的軸向、徑向精度由軸承中間隔套厚度來調整，在安裝前就必須準確確定預緊力和中間隔套厚度，若主軸在安裝時，預緊力變化或工作運轉一定時期，運轉磨合及磨損后，需要再調整軸承間隙和精度，就必須將主軸6卸下，取出軸承5中間隔套來修磨厚度，造成機床主軸安裝和使用維修調整精度困難。②主軸穩定性及位置度不易保證。由于主軸6采用兩支承結構，主軸中心與箱體中心的位置度(即兩中心的重合度)，由前后5、2兩軸承保證，后支承軸承2，采用的是3182000型雙列圓柱滾子軸承，其位置度由軸承的間隙決定，又因軸承2內孔為錐孔，轉動螺母1，軸承2內圈相對主軸6軸向移動，靠膨脹變形，可適當調整軸承間隙，提高位置度，安裝位置度好，但內圈右端無限位，當后端軸承軸向受力變化時，內圈將有可能軸向移動，影響主軸間隙，故穩定性較差；前端雙列圓錐滾子支承軸承5，其內圈的位置度由預緊力和間隙決定，預緊力小，軸承內、外圈間隙大，軸承內圈中心相對外圈中心易發生偏移，故主軸6的前端位置度不是由軸承5本身精度確定，而是由主軸6安裝后，調整預緊力確定，又由于大型主軸是臥式安裝，質量重，主軸6在自重的作用下、向下偏移，存在安裝時位置度不易確定的問題，同時還存在，為提高主軸位置度而提高預緊力，導致軸承5易發熱的缺陷，故主軸6位置度，極不易保證。③容易劃傷配合面。由于齒輪3，前支承軸承5與主軸6結合面為圓柱面配合，配合面較嚴，存在主軸裝、拆困難，容易劃傷配合面；若放寬配合，結合面就會出現間隙并難以消除，轉速較高時，主軸容易產生振動。綜合上述存在的問題，用戶使用一段時間后，會造成主軸軸承間隙變化，間隙變化產生振動造成故障，這是出現切削螺紋振刀現象的主要原因，繼而影響加工精度與效率。為有效解決該問題，需要調整主軸前支承軸承間隙，調整軸承間隙需將主軸組件卸下取出軸承中間隔套，對中間隔套進行配磨或更換，但因主軸體重，裝卸需要專用吊具，維修耗時長，給維修調整造成困難。

2改進后的主軸結構及支承方式

經過分析研究，對主軸支承方式進行了如下改進設計，采用了如圖2所示結構。我們通過改進優化設計，并在應用中得到驗證，消除了振動，達到良好的效果,現介紹如下：①軸承組合使用易于安裝、維修調整。將圖1主軸前支承97000雙列圓錐滾子軸承5，改為3182000型雙列向心圓柱滾子軸承15和8000型平面推力球軸承13的組合后，因徑向力和軸向力分別由兩種軸承各自承擔，兩方向的預緊力可單獨調整，互不干涉，有利于軸承調到最佳狀態，減少軸承發熱。②主軸穩定性及位置度得到保證。主軸17前后兩處徑向支承軸承8、15均采用3182000型雙列圓柱滾子軸承，故兩處的位置度即由軸承8、15的精度和間隙決定，不受重力影響，便于安裝，又因8、15軸承內圈為錐孔，間隙調整不用取下軸承，靠旋轉螺母7、11調整內圈相對主軸軸向位置，膨脹內圈，調整徑向間隙，螺母16，螺紋套9，在兩軸承間隙調好后，可鎖定軸承8、15內圈軸向位置，保持軸承間隙，不受外力影響，同時在維修時，旋轉螺母16，螺紋套9向軸承方向移動，即可方便卸下軸承8、15，故主軸17的安裝、拆卸、軸承間隙調整方便，且軸承精度保持性好。③主軸錐面配合效果好。將圖1中的軸承5，齒輪3與主軸6的圓柱面配合，改為圖2中的軸承8、15，齒輪10與主軸17的錐面配合，便于定心、安裝和拆卸，且有利于保護定位面。對主軸進行有限元分析優化，在保證剛性的情況下，加大了主軸的內孔徑，通過直徑由100mm變為115mm，實現了主軸的輕量化，降低了重量，節省了材料，方便了維護。

3結語

經過改進設計并進行試驗后，達到了預期的效果，工廠使用良好。通過改進設計，我們也積累了一些經驗。針對大型車床主軸，其特點是質量重、裝卸不易，因此選擇設計主軸結構及支承方式時，必須注意以下四點：①對于臥式結構主軸其位置度要由軸承來保證，安裝后不用調整，不受自重影響。②軸與裝在軸上的零件要便于裝卸、測量、維修，有利于保護配合面，具有良好的工藝性和維修性。③徑向軸承、軸向軸承組合使用，可分別預緊調整，精度保持性要好，且不用拆卸，能隨時方便的調整軸承間隙。④在軸的支承方面，盡量采用兩點支承，采用三點支承，并且輔助支承點要靠近受力處，其中輔助支承軸承與配合要保留適當間隙，避免三點支承因不同軸而造成主軸別勁，引起軸承損壞和主軸振動。車床的用途不同，工作條件不同，車床主軸結構及支承方案就不同，主軸結構設計及支承方式的選擇，應根據工程實際具體問題具體分析。

作者:郝利軍 王曉光 單位: 安陽學院 安陽市汽車電控重點試驗室