國產(chǎn)數控機床與數控機床的精度保持性有很大的差距，在科技重大專(zhuān)項的支持下，針對某型號臥式加工中心、立式加工中心和磨齒機精度保持性問(wèn)題，筆者走訪(fǎng)了10余家機床用戶(hù)，翻閱了機床廠(chǎng)的部分維修記錄，了機床的精度衰退情況。
磨損是造成機床精度下降的原因。正常磨損情況下，機床精度保持時(shí)間與零部件(導軌、軸承等)壽命是相當的。根據對國產(chǎn)機床設計、制造過(guò)程和使用情況的調研，國產(chǎn)機床精度衰退的主要原因是運動(dòng)部件間非正常磨損的結論。
數控機床精度保持性衰退原因和提高措施因結構形式的不同而不同。主軸部件因高速旋轉，既不同于直線(xiàn)進(jìn)給軸的運動(dòng)形式，又與旋轉進(jìn)給軸速度差別較大，因此，本文將主軸精度單獨于幾何精度之外，作為一項單獨的精度指標。除主軸精度外，軸線(xiàn)的幾何精度是機床精度的基礎，而機床運動(dòng)時(shí)的瞬態(tài)和穩態(tài)精度影響著(zhù)機床的加工精度。為了便于找出精度衰退的原因，把機床精度分成三個(gè)部分：主軸精度、幾何精度和運動(dòng)精度。根據調研的10余家國產(chǎn)數控機床用戶(hù)的機床精度衰退情況：主軸精度衰退14例，占調研機床總數的11.5%；幾何精度(不包括主軸精度，下同)衰退76例，占調研機床總數的62.3%；運動(dòng)精度衰退24例，占調研機床總數的19.7%；其他精度問(wèn)題8例，占調研機床總數的6.6%。
本文針對國產(chǎn)數控機床精度保持性存在的問(wèn)題，從主軸精度、幾何精度、運動(dòng)精度及整機精度監控四個(gè)方面分析了國產(chǎn)數控機床在設計、制造和使用階段造成精度保持性差的原因及解決方法，回顧了目前國產(chǎn)機床精度保持性的研究現狀，并給出了提高國產(chǎn)數控機床精度保持性的建議。
主軸在設計階段的主要任務(wù)是完成結構方案、分配零部件公差及確定零件間的配合；在制造階段的主要任務(wù)是合理地施加預緊力，主軸剛度，限制主軸溫升。國產(chǎn)主軸在精度設計時(shí)往往根據設計手冊選擇經(jīng)濟精度及其配合，在制造時(shí)根據經(jīng)驗選擇預緊力，缺少計算的指導。使用時(shí)，主軸的溫升會(huì )造成軸承間隙、預緊力的變化，如果在設計、制造時(shí)考慮不充分，就會(huì )造成軸承的非正常磨損。密封、潤滑不良也將直接導致軸承非正常磨損。
因此，造成主軸軸承非正常磨損的因素主要為：設計階段的軸承間隙(配合)過(guò)大或過(guò)小、密封及潤滑結構不合理，以及制造階段預緊力過(guò)大或過(guò)小。
1、軸承間隙的合理設計
設計階段，通常為了主軸徑向跳動(dòng)精度，選擇較小的軸承和主軸箱間隙。在結構和冷卻、潤滑參數確定的情況下，間隙越大，主軸徑向跳動(dòng)越大；反之，間隙越小，主軸徑向跳動(dòng)越小，但主軸發(fā)熱變形越大，容易加劇磨損或者造成軸承卡死。為了提高主軸的精度保持性，合理地選擇軸承與主軸箱間隙，減小軸承的非正常磨損顯得尤其重要。
主軸在使用時(shí)溫度造成
角接觸軸承尺寸的變化情況，并給出了計算方程，但是計算精度不夠高。為了從熱變形、剛度等方面來(lái)評價(jià)間隙設計結果，利用有限元法和有限差分法建立了高速加工中心主軸箱混合模型，分析了因旋轉速度變化形成的離心力造成的間隙變化?？紤]了軸承滾珠、滾道的接觸變形線(xiàn)性疊加軸承外圈與軸承座的熱變形來(lái)計算軸承間隙。軸承間隙隨外部載荷、轉速和操作時(shí)間變化的變形曲線(xiàn)，為間隙設計提供了依據。但是其提供的是單個(gè)軸承在各種工況下的變形量，一般情況下，主軸軸承是成組使用的。
因此，為了提高主軸的精度保持性，減小軸承非正常磨損，在設計軸承間隙時(shí)，需要同時(shí)考慮轉速變化引起的離心力造成的軸承變形、預緊力造成的軸承發(fā)熱變形、主軸的冷卻效果以及軸承的配置方式等的影響。
2、預緊力的合理選擇
主軸的功能是給刀具提供足夠的動(dòng)力和剛度來(lái)正常切削工件。在制造階段，為了主軸有足夠的剛度，往往對軸承施加預緊力。預緊力越大，主軸剛度越大，主軸發(fā)熱變形也越大，軸承越容易磨損，主軸精度保持性越差。合理服役狀態(tài)下主軸預緊力，能夠減小主軸軸承發(fā)熱造成的非正常磨損，提高主軸精度保持性。
因此，考慮使用狀態(tài)下的轉速、切削載荷、溫升對預緊力的影響，才能裝配時(shí)的預緊力在使用狀態(tài)下是合理的，減小預緊力設置不當造成的精度衰退，提高主軸精度的保持性。
3、潤滑和密封不當
主軸軸承的密封和潤滑不當也是造成國產(chǎn)數控機床主軸、特別是磨削類(lèi)主軸軸承非正常磨損的重要原因。國產(chǎn)主軸軸承損壞的形式，指出潤滑不良是主軸異常磨損的一個(gè)重要因素。磨削類(lèi)機床由于砂輪在工作時(shí)磨粒的脫落造成冷卻液中雜質(zhì)過(guò)多，如果軸承密封不良更容易造成主軸軸承的磨損。某型號磨床主軸軸承密封不嚴造成主軸磨損的情況(最嚴重的情況是試切時(shí)軸承磨損損壞)，改進(jìn)了主軸密封結構，使其精度保持時(shí)間延長(cháng)。
由國產(chǎn)主軸精度保持性的分析和回顧可知，提高國產(chǎn)數控機床主軸精度保持性的措施應在主軸的設計和制造階段實(shí)施。應考慮主軸使用工況，合理設計主軸間隙、選擇預緊力，進(jìn)而提高機床主軸精度保持性。
