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電主軸是高速精密加工中心中Z主要的核心部件之一,決定著高速精密加工中心的可靠性。高速精密電主軸自身的精度要求為μm級,比如主軸錐孔對軸徑的徑向跳動跟部為0.002mm,距主軸端面300mm處0.005mm,主軸支撐軸徑圓度為0.001~0.002,主軸軸徑精度等級為IT2級等。電主軸自身的精度誤差和微量的變形是控制的關(guān)鍵,因此,電主軸加工技術(shù)應(yīng)從熱處理方式、加工工藝方案、檢測方法、裝配工藝和運轉(zhuǎn)試驗等方面研究。主軸材料選用12CrNi3合金滲碳鋼,其在淬火低溫回火或高溫回火后都具有良好的綜合力學(xué)性能,且低溫韌性高、缺口敏感性低、切削加工性能良好、退火后硬度低、塑性好;采用鍛造毛坯,熱處理方法為:鍛造后進(jìn)行正火處理→出車后進(jìn)行高溫時效處理→主軸軸頸、主軸7∶24錐孔進(jìn)行滲碳處理,滲碳層深度為1.7mm→主軸軸頸、主軸7∶24錐孔進(jìn)行淬火處理,淬火硬度為HRC59,并進(jìn)行主軸熱處理、切片實驗→進(jìn)行噴砂處理(左端凸鍵部分和各空刀槽處噴細(xì)砂)→主軸粗磨后進(jìn)行油中定性處理→電主軸錠子加熱和主軸進(jìn)行熱裝配。
內(nèi)藏式高速電主軸的結(jié)構(gòu)特點決定了主軸加工工藝的特殊性。為了避免電主軸在熱裝轉(zhuǎn)子過程中發(fā)生熱變形而造成回轉(zhuǎn)精度損失或因裝配誤差而造成主軸轉(zhuǎn)子組件不平衡,電主軸轉(zhuǎn)子必須先與機(jī)床主軸裝配在一起,再進(jìn)行精加工。
主軸各軸徑、內(nèi)孔(包括錐孔)留精磨量,上芯軸,找正:按轉(zhuǎn)子內(nèi)徑實測值配磨外圓,要求過盈量在0.07~0.09mm的范圍內(nèi)。
將平衡盤和轉(zhuǎn)子與主軸一起熱裝,并熱裝電機(jī)轉(zhuǎn)子:將平衡盤與轉(zhuǎn)子一同加熱(加熱溫度為180~200℃,并保溫1h,將轉(zhuǎn)子從加熱爐中取出時,必須確認(rèn)轉(zhuǎn)子的溫度是否在允許加熱的溫度范圍內(nèi));將主軸提前垂直安放在平臺上的支撐具上,加熱后的平衡套、主軸轉(zhuǎn)子和平衡盤依次熱裝至主軸上(待工件冷卻后轉(zhuǎn)機(jī)加);半精磨、精磨轉(zhuǎn)子(含平衡盤)、主軸內(nèi)孔、軸頸和7∶24錐孔(7∶24錐孔要在軸線A—B基準(zhǔn)的徑向跳允差主軸端面處0.0015mm,距主軸端300mm處0.004mm)。
電主軸部件的組裝工藝:內(nèi)藏式高速電主軸的高轉(zhuǎn)速達(dá)12000rpm,采用前端固定,后端浮動的軸承支承方式,其總裝配圖如圖1所示。前端四列背對背前角接觸球軸承,主軸的徑向和軸向全部固定,后端選用圓柱滾子軸承,軸承內(nèi)圈、滾子可與主軸一起沿著外圈滾道作軸向移動,減小了熱伸長對主軸的影響,精度保持性好。根據(jù)設(shè)計特點,裝配中要解決的關(guān)鍵問題是軸承預(yù)緊力、前后軸承的溫升、主軸的動平衡、定子和冷卻套的熱裝、油氣潤滑裝置和冷卻套的防漏等,并確定裝配工藝規(guī)范。