轴承座机械加工工艺方案的优化措施分析

侯瑞丽

（新疆石河子职业技术学院，新疆 石河子 832000）

1 轴承座概述

轴承座在目前的机械生产制造领域、建筑领域以及水利水电工程领域都有广泛应用。20 世纪90 年代开始，日本初步打开了中国的轴承市场，欧美国家也纷纷加入，造成我国的轴承市场份额迅速扩大。随着我国科研技术的不断发展进步，近年来我国在轴承座制造和研发中也获得了很大突破，基于产业链和市场影响，再加上政策对于技术发展的支持力度增大，很多工厂和个人作坊开始了轴承座产品的研发和生产。调查发现，我国在轴承座方面的科研不断增多，产销规模进一步增大，而轴承座市场竞争也越来越激烈，所以需要进一步加速在开发轴承座产品上的步伐，研究各种类型和功能的轴承座产品，以提升自身的竞争优势[1-3]。

2 轴承座的优化设计

通过对轴承座的应力云图分析，在丝杠运动的情况下，轴承孔的下半部分承受径向压力载荷，所以存在应力集中的情况。要是轴承座处于长时间连续运营状态，就可能导致轴承座的下半部分边缘产生裂缝，严重情况下会导致轴承座损坏，影响到轴承的正常使用。且如果长期处于荷载压力的运行环境中，也会导致轴承座的使用寿命不断降低，要是频繁更换轴承座，一方面可能导致成本增加，还可能导致生产效率降低，引发相关问题。所以，要结合轴承座在使用中的这种现象，对其结构进行优化设计，这样可以强化轴承座的性能，避免应力集中带来的破坏。对此，需要结合轴承座的基本受力状态，设计优化方案[4-7]。

2.1 增加“加强筋”

丝杠处于运动状态下，轴承孔的下半部分需要承受径向的压力荷载，所以需要强化轴承座下半部分的结构，提升下半部分的稳定性和强度。对此，可以设计在轴承座下半部分增加“加强筋”，以此来提升轴承座的强度，切实提升轴承座安装位置的稳定性。这个加强筋并不一定是对于轴承座的长度或高度进行加强，可以通过相互垂直面来实现对局部刚性的提升。

首先，在不改变轴承座壁厚的情况下，实现增强部件强度和刚性，这对于节约材料用量，降低生产成本至关重要[5]。

其次，要处理好由于结构分布导致的应力不均可能导致的扭曲变形问题。

对改造后的轴承座进行应力分析，可以发现原轴承座的弹性应变应力极值约为5.31 MPa，而其优化后应力极值素质只有1.73 MPa，可见，改良后的轴承座等效应力明显降低，说明且载荷也在降低，这对于提升轴承座刚性和强度有重要作用。

2.2 凸台之间增加“支撑条”

丝杠运动中，轴承孔下半部分成承受径向压力载荷，所以需要强化轴承座安装位置的下半部分结构，进一步提升轴承的强度和结构稳定性。对此，还可以设计在轴承底座增加支撑条，位于每两个凸台中间，这对于分散应力有一定作用，可以在轴承座受到重力或轴向荷载的情况下，帮助轴承座分担部分力的作用。因为轴承座属于轴对称形态，因此在下半部分受力情况下，需要为轴承座的底座三个方向增加支撑条。为确保轴承座结构完整，在丝杆不作运动的情况下，确保轴承座的受力均匀，则需要在四个凸台中间位置增加支撑条。

通过对原轴承座的分析，轴承座下半部分边缘也存在应力集中的情况，所以除了增加支撑条外，还可以在轴承座上端口边缘作加厚处理，这对于提升其强度有一定必要性。基于理论分析来看，支撑条和加厚边缘的结构设计，能够切实提升轴承座的刚度，促进轴承座重量增加，优化设计效果。

2.3 两种优化方案对比分析

通过对两个方案进行有限元分析，发现优化设计后的轴承座的最大主应力从5.81 MPa 降到了5.31 MPa，等效应力从2.03 MPa 降到了1.73 MPa。说明在进行加强筋设计后，轴承座下半部分应力集中情况有一定的环节，轴承座的载荷也得到减轻，轴承座的稳定性明显优化。加强筋设计就是在不改变轴承座厚度的情况下，提升轴承座强度和刚性，提升其稳定性，让轴承座的变形减小。而增加支撑条后的轴承座，应力集中区域颜色明显减弱，说明增加支撑条对于分散应力集中有一定帮助，能够提升轴承座的稳定性。在增加支撑条后，能够让四个安装孔的边缘应力集中显现显著减弱，边缘加厚处理后轴承座的结构更为稳定。

如图1 所示，为使用ABAQUS 仿真软件对轴承座进行有限元分析的数据结果上图为优化前的轴承座受力分析数据，下图为优化后的轴承座受力数据。

总体来看，通过加强筋优化设计，整体设计结构简单且加工方便，且优化的结构体积小，对原轴承座质量不会产生较大影响，增加支撑条后，能够让轴承座重量有所增加，也增加了受力，轴承座加工难度增大。而从优化的结果而言，两种不同的优化方案都可以让轴承座受力降低，但是对比两种方案，加强筋的优化方案效果更好，相应结构改变更加复杂，不适合广泛应用。加强筋处理方法简单易行，不会改变轴承座重量的情况下也能实现优化设计效果，这样的设计更为有效，应用更为便利。此外，基于目前的工业发展和生产需要来看，资源能源消耗加剧，基于可持续发展观念，在探索高质量发展的过程中，也要寻找低消耗的方式，所以，需要适当进行优化设计，这对于提升生产效率，延长使用寿命，降低资源消耗至关重要。

3 轴承座夹具设计

针对轴承座的夹具设计，是为了更好的提升加工的精度，提升生产效率，确保相应的加工尽量质量满足要求。因为目前加工导轨面时通常使用刨削方法，相应的加工工艺对于技术要求比较高，所以在夹具设计中，需要考虑加工生产的效率问题，确保相应劳动强度有效降低，针对相应工件孔以及地面加工中，需要做好底面加工夹具生产制造，满足夹具在夹紧的情况下，相应的工件平面依然可以转动，按照相应零件图对于具体的定位基准开展有效选择。

轴承座的夹具加工中，还有圆度以及圆柱度的加工要求，相应的加工定位误差大致可以忽略，所以，应该使用互定位方法，相关面没有实施加工的情况下，相应底面和斜面定位基准要求比较严格，和实际的定位尺寸往往会存在一些出入，要想保证相应的基准孔位置和加工精度，必须要把握有效的时间应用，采取精加工模式来充当加工后孔基准。相应轴承座设计中，也需要按照相关加工方案来进行。具体应该思考一下几点问题：

第一，加工孔操作实施后，按照相应加工要求来对于其他部分进行加工；

第二，进行导轨面预先加工，再开展其他部分加工工作。

要是以孔的形式充当加工面，加工精度就很难实现，在现阶段条件下开展相应工艺应用，实施科学合理的夹具设计，还是通过锥套方法应用来紧固，这样两个锥套就可以在对应方向移动，实现五个不定度。此外，还可以尝试通过支撑板的方法来对于不定度进行转换，确保相应的工件定位可靠性。例如，根据轴承座加工尺寸要求和数控机床设计行程，工装夹具设计成每次装夹10 个工件，工件数可根据实际需求进行调整，对其进行M、N 两孔扩铰作业。首先将10 个工件排列成两行，每行5 个工件，使用M 孔扩孔刀依次对10 个工件的M 孔进行扩孔。M 孔扩孔刀换为N 孔扩孔刀后，依次对10 个工件的N 孔进行扩孔。扩孔作业完成后将N 孔扩孔刀换为M 孔铰刀，依次对10个工件的M 孔进行铰孔。作业完成后将M 孔铰刀换为N 孔铰刀，依次对10 个工件的M 孔进行铰孔。从换刀次数来看，10 个工件进行扩铰作业只需进行4次换刀操作。

在数控铣床的工装夹具设计中，要将加工中出现的误差进行充分考虑，明确误差出现的主要原因，在夹具的设计中，要充分地设计相对比较简易的夹具，提升夹具的加装定位速度和准确性，保证加工圆弧和倒角的精确性。

4 结语

目前，数控车床的应用范围不断扩大，对于数控车床的加工质量要求也在不断提升。工艺性分析和处理是数控加工前需要做好的工作，需要在数控该程序编程之前就完成。因为一旦工艺方案确定，编程就有了参考依据。要是工艺性分析不到位，工艺处理不合理，可能导致数控加工中出现错误，这对于加工质量也会产生影响，容易导致废品出现，增加生产加工成本，还会拉低生产效率。所以，需要在数控加工中明确相关工艺，做好程序编程。要对数控车削做好合理的工艺处理，提升零件加工质量和效率，结合零件图纸对工艺分析，把握加工内容和技术要点，确定加工方式和路线，选择合理的刀具和刀削用量，确保加工可靠性。