國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床與數(shù)控機(jī)床的精度保持性有很大的差距，在科技重大專項的支持下，針對某型號臥式加工中心、立式加工中心和磨齒機(jī)精度保持性問題，筆者走訪了10余家機(jī)床用戶，翻閱了機(jī)床廠的部分維修記錄，了機(jī)床的精度衰退情況。

磨損是造成機(jī)床精度下降的原因。正常磨損情況下，機(jī)床精度保持時間與零部件(導(dǎo)軌、軸承等)壽命是相當(dāng)?shù)?。根?jù)對國產(chǎn)機(jī)床設(shè)計、制造過程和使用情況的調(diào)研，國產(chǎn)機(jī)床精度衰退的主要原因是運動部件間非正常磨損的結(jié)論。

數(shù)控機(jī)床精度保持性衰退原因和提高措施因結(jié)構(gòu)形式的不同而不同。主軸部件因高速旋轉(zhuǎn)，既不同于直線進(jìn)給軸的運動形式，又與旋轉(zhuǎn)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(biāo)。除主軸精度外，軸線的幾何精度是機(jī)床精度的基礎(chǔ)，而機(jī)床運動時的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)精度影響著機(jī)床的加工精度。為了便于找出精度衰退的原因，把機(jī)床精度分成三個部分：主軸精度、幾何精度和運動精度。根據(jù)調(diào)研的10余家國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床用戶的機(jī)床精度衰退情況：主軸精度衰退14例，占調(diào)研機(jī)床總數(shù)的11.5%；幾何精度(不包括主軸精度，下同)衰退76例，占調(diào)研機(jī)床總數(shù)的62.3%；運動精度衰退24例，占調(diào)研機(jī)床總數(shù)的19.7%；其他精度問題8例，占調(diào)研機(jī)床總數(shù)的6.6%。

本文針對國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床精度保持性存在的問題，從主軸精度、幾何精度、運動精度及整機(jī)精度監(jiān)控四個方面分析了國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床在設(shè)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(jī)床精度保持性的研究現(xiàn)狀，并給出了提高國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床精度保持性的建議。

主軸在設(shè)計階段的主要任務(wù)是完成結(jié)構(gòu)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(yù)緊力，主軸剛度，限制主軸溫升。國產(chǎn)主軸在精度設(shè)計時往往根據(jù)設(shè)計手冊選擇經(jīng)濟(jì)精度及其配合，在制造時根據(jù)經(jīng)驗選擇預(yù)緊力，缺少計算的指導(dǎo)。使用時，主軸的溫升會造成軸承間隙、預(yù)緊力的變化，如果在設(shè)計、制造時考慮不充分，就會造成軸承的非正常磨損。密封、潤滑不良也將直接導(dǎo)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(shè)計階段的軸承間隙(配合)過大或過小、密封及潤滑結(jié)構(gòu)不合理，以及制造階段預(yù)緊力過大或過小。

1、軸承間隙的合理設(shè)計

設(shè)計階段，通常為了主軸徑向跳動精度，選擇較小的軸承和主軸箱間隙。在結(jié)構(gòu)和冷卻、潤滑參數(shù)確定的情況下，間隙越大，主軸徑向跳動越大；反之，間隙越小，主軸徑向跳動越小，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、剛度等方面來評價間隙設(shè)計結(jié)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(zhuǎn)速度變化形成的離心力造成的間隙變化。考慮了軸承滾珠、滾道的接觸變形線性疊加軸承外圈與軸承座的熱變形來計算軸承間隙。軸承間隙隨外部載荷、轉(zhuǎn)速和操作時間變化的變形曲線，為間隙設(shè)計提供了依據(jù)。但是其提供的是單個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(shè)計軸承間隙時，需要同時考慮轉(zhuǎn)速變化引起的離心力造成的軸承變形、預(yù)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(yù)緊力的合理選擇

主軸的功能是給刀具提供足夠的動力和剛度來正常切削工件。在制造階段，為了主軸有足夠的剛度，往往對軸承施加預(yù)緊力。預(yù)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(yù)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(zhuǎn)速、切削載荷、溫升對預(yù)緊力的影響，才能裝配時的預(yù)緊力在使用狀態(tài)下是合理的，減小預(yù)緊力設(shè)置不當(dāng)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(dāng)

主軸軸承的密封和潤滑不當(dāng)也是造成國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床主軸、特別是磨削類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重要因素。磨削類機(jī)床由于砂輪在工作時磨粒的脫落造成冷卻液中雜質(zhì)過多，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(yán)造成主軸磨損的情況(最嚴(yán)重的情況是試切時軸承磨損損壞)，改進(jìn)了主軸密封結(jié)構(gòu)，使其精度保持時間延長。

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(shù)控機(jī)床主軸精度保持性的措施應(yīng)在主軸的設(shè)計和制造階段實施。應(yīng)考慮主軸使用工況，合理設(shè)計主軸間隙、選擇預(yù)緊力，進(jìn)而提高機(jī)床主軸精度保持性。