電主軸是高速精密加工中心很重要的核心部件之一，決定著高速精密加工中心的可靠性。高速精密電主軸本身的精度要求是微米級(jí)，例如主軸錐孔對(duì)軸徑的徑向跳動(dòng)跟部為0.002毫米，距主軸端面300毫米處0.005毫米，主軸支撐軸徑圓度為0.001 ~ 0.002，主軸軸徑精度為IT2級(jí)等。電主軸本身的精度誤差和微小變形是控制的關(guān)鍵，因此，電主軸的加工工藝應(yīng)從熱處理、加工工藝方案、檢查方法、裝配工藝和運(yùn)行試驗(yàn)等方面進(jìn)行研究。

1、熱處理

主軸采用12CrNi3合金滲碳鋼，經(jīng)淬火、低溫回火或高溫回火后綜合力學(xué)性能良好，低溫韌性高，缺口敏感性低，切削性能良好，退火后硬度低，塑性好。

使用鍛造毛坯，熱處理方法為：鍛造后正火處理→出車后高溫時(shí)效處理→主軸軸頸、主軸7: 24錐孔滲碳處理，滲碳層深度1.7mm→主軸軸頸、主軸7: 24錐孔淬火處理，淬火硬度為HRC59，進(jìn)行主軸熱處理、切片實(shí)驗(yàn)→噴砂處理（左端凸鍵部位及所有空刀槽處噴細(xì)砂）→主軸粗磨后油中定性處理→電主軸錠子加熱和主軸進(jìn)行熱裝配。

2、機(jī)加工工藝

內(nèi)置高速電主軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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)子過程中因熱變形而造成旋轉(zhuǎn)精度的損失或因裝配誤差而造成主軸轉(zhuǎn)子裝配的不平衡，電主軸轉(zhuǎn)子在精加工前必須與機(jī)床主軸進(jìn)行裝配。

每個(gè)主軸直徑、內(nèi)孔(包括錐孔)應(yīng)預(yù)留細(xì)磨量，主軸應(yīng)加載對(duì)準(zhǔn)：外圓應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)子內(nèi)徑的測量值磨削，過盈量應(yīng)在0.07~0.09mm范圍內(nèi)。

與主軸一起加熱平衡板和轉(zhuǎn)子，加熱電機(jī)轉(zhuǎn)子：一起加熱平衡板和轉(zhuǎn)子(加熱溫度為180℃~200℃，保溫1小時(shí)；轉(zhuǎn)子從加熱爐中取出時(shí)，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))；事先將主軸垂直放置在平臺(tái)上的支架上，然后依次將加熱后的平衡套、主軸轉(zhuǎn)子和平衡板加熱到主軸上(待工件冷卻后轉(zhuǎn)機(jī)加)；半精磨、精磨轉(zhuǎn)子(包括平衡盤)、主軸內(nèi)孔、軸頸和7: 24錐孔(7: 24錐孔應(yīng)在軸線A-B基準(zhǔn)徑向跳允差主軸端面處0.0015毫米，距主軸端300毫米處0.004毫米)。

3、電主軸部件的裝配技術(shù)

內(nèi)置高速電主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)12000rpm，前端徹底固定，后端浮動(dòng)的軸承支承方式。四排前端背靠背前角接觸球軸承，主軸徑向和軸向均固定，后端采用圓柱滾子軸承，軸承內(nèi)圈、滾子可隨主軸沿外圈滾道軸向移動(dòng)，減少了熱伸長對(duì)主軸的影響，精度保持性好。根據(jù)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，裝配中需要解決的關(guān)鍵問題是軸承預(yù)緊力、前后軸承的溫升、主軸動(dòng)平衡、定子和冷卻套的熱裝、油氣潤滑裝置及冷卻套的防泄漏等，并確定裝配工藝規(guī)范。

3.1、確定軸承預(yù)緊力

軸承預(yù)緊力與機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、剛度和載荷有關(guān)，軸承預(yù)緊力的增加可以提高主軸的剛度，但軸承滾道的摩擦、損耗等會(huì)產(chǎn)生熱量。如果熱量不能及時(shí)散發(fā)，會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)床的精度。因此，軸承預(yù)緊力應(yīng)通過試驗(yàn)或測試來確定。根據(jù)反復(fù)試驗(yàn)并參考國內(nèi)外電主軸軸承預(yù)緊力的研究成果，確定預(yù)緊量為0.002 ~ 0.005 mm，通過測量同組軸承內(nèi)、外環(huán)的高低差值，可以確定內(nèi)、外隔圈的高低差，通過精密匹配研究，隔套兩端面平行度公差為0.002 mm。

3.2、主軸的組裝

主軸的具體裝配過程包括以下八個(gè)步驟：①主軸軸承與主軸軸頸的公差干涉為0.002~0.005mm，可以通過主軸和主軸軸承的測量值配磨來保障；②軸承安裝前涂抹SBU15鋰基潤滑脂，填充量為軸承間隙的1/3；③安裝軸承前，主軸應(yīng)垂直固定在操作平臺(tái)的支架上，主軸錐孔對(duì)應(yīng)的軸線跳動(dòng)高點(diǎn)應(yīng)根據(jù)機(jī)加提供的標(biāo)記確定，裝配時(shí)軸承內(nèi)環(huán)高點(diǎn)應(yīng)與該點(diǎn)和軸承外環(huán)標(biāo)記對(duì)齊；④安裝時(shí)必須用軸承加熱工具加熱，加熱溫度為50℃；⑤軸承、隔套按標(biāo)記位置依次安裝在主軸上，按順序用安裝套軸向平敲軸承和隔套，以保障軸承所有組合端面緊密貼合；⑥安裝隔套時(shí)，既要保障隔套的自身油氣孔不被堵塞，又要保障在隔套油氣潤滑孔和套筒定位正確的前提下安裝主軸套筒；⑦安裝主軸螺母；⑧調(diào)整主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度。

因此，應(yīng)滿足以下要求：①主軸錐孔軸線徑向跳動(dòng)的根部允差為0.002毫米；②距主軸端面300毫米處的差允為0.005毫米；③主軸的軸向竄動(dòng)允差為0.002毫米；④主軸后軸頸徑向跳動(dòng)公差為0.02毫米

3.3、主軸組件的動(dòng)平衡

主軸裝配動(dòng)平衡方面，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：①裝配主軸拉刀桿及相關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，在蝶形彈簧各表面涂上含MoS2的耐高壓油脂，提高蝶形彈簧接觸面間的耐磨性；②主軸組件的動(dòng)平衡調(diào)整：主軸組件由前端支撐套和后端軸承外環(huán)為支撐，皮帶傳動(dòng)可以調(diào)整主軸組件的動(dòng)平衡，在電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端的平衡板上配重，保障了主軸旋轉(zhuǎn)組件的不平衡量為0.5g

4、主軸運(yùn)轉(zhuǎn)測試

主軸運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)分為以下五個(gè)步驟：①在主軸箱試驗(yàn)臺(tái)架上調(diào)整油氣潤滑裝置的參數(shù)，檢查軸承溫度變化后的精度。②主軸應(yīng)該從最低轉(zhuǎn)速依次以高、中、低的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。最高轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，時(shí)間不能超過20min，這樣主軸軸承才能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)溫度，溫度和溫升應(yīng)在主軸定心軸承處測量，溫度不超過60℃，溫升不超過30℃。③主軸運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)平穩(wěn)，不應(yīng)有尖叫聲和撞擊聲，主軸噪音不應(yīng)超過78dB。④主軸松動(dòng)拉刀機(jī)構(gòu)試驗(yàn)。松、拉刀力應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，用拉刀測試儀檢查主軸的拉刀力，拉刀力應(yīng)滿足1400~1600kg的要求，松動(dòng)的拉刀主軸軸向移動(dòng)不應(yīng)超過0.15mm。⑤復(fù)檢主軸精度滿足回轉(zhuǎn)精度要求。

5、結(jié)束語

高速精密加工中心電主軸的加工技術(shù)是一種創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，每個(gè)企業(yè)都在根據(jù)自有的加工、檢查、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和技術(shù)手段，不斷實(shí)踐和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。按上述步驟加工裝配的電主軸，經(jīng)性能測試和用戶反饋，主軸錐孔對(duì)主軸直徑的徑向跳動(dòng)跟部為0.0016毫米，距主軸端面300毫米處0.004毫米，主軸支承主軸直徑的圓度為0.0014，其精度指標(biāo)滿足高速精密加工中心的要求。