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[摘 要]XK9360数控花纹板轧辊铣床是2006年莱芜钢铁集团有限公司委托南通机床厂成功研制的一种专用数控机床。使用范围为铣削各种材质的扁豆形状花纹槽，适用于企业花纹板轧辊维修和加工。
[关键词]主轴传动 电机 轴瓦 线接触 应力 校核
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）20-0518-01
一、机床现状分析
主轴传动电机故障，电机温度过高，电流过载。虽然多次更换负载电机，但是故障依然频繁发生。
查看电机，涡轮蜗杆。其定位，皮带传动，皮带松紧程度，涡轮蜗杆咬合等均正常，无异常的磨损及咬痕等。拆卸头架部位箱体，涡轮与主轴连接正常，主轴轴瓦有咬痕，过度磨损，润滑失效。
结合以上故障现象，初步判定：主轴轴瓦与主轴之间配合过紧。
根据以上初步判断，遂对主轴轴瓦进行刮瓦，加大对主轴轴瓦的润滑程度。装配好以后，机床试运行，但是电机又发生故障，故障现象不变。检查主轴轴瓦，又有新的咬痕产生。
二次检查头架部位箱体，仔细检查时发现，轴瓦咬痕基本上全部产生在下半瓦面。检查支撑架（中心架）两支撑端，发现其构造难以承载辊重的大部分。而且支撑端与轧辊轴头为线接触，为滑动摩擦。
结合以上原因，基本判定故障原因如下：
花纹辊自重6t～7t，支承架（中心架）虽然能够起到定位作用，但因其支承端的结构，支承架（中心架）没有承載花纹辊的绝大部分的重量，而且支承架的支承端与花纹辊轴头的摩擦方式为线接触滑动摩擦，因此在花纹辊作圆周进给或者分度运动时，增大了花纹辊运动的阻力。这样，花纹辊的重量绝大部分通过主轴作用在了主轴轴瓦上，造成“主轴轴瓦配合过紧，润滑失效”，发生主轴“啃瓦”现象。
根据以上的分析，确定解决方法如下：
主轴与轴瓦配合过紧，润滑失效，发生啃瓦的根本原因在于支承架（中心架）未起到支承轧辊绝大部分重量的作用。故弃原有支承架，采用重新自行设计的“非定位自由式支承架”，变定位为非定位，直接靠四爪卡盘和尾座找正；变固定式支承为非固定式；变滑动摩擦为滚动摩擦。从而使支承架承载了轧辊的绝大部分重量，而且减少了支承架承载轧辊重量时产生的对轧辊轴头的摩擦阻力。
二、非定位自由式支承架结构的设计及在机床中的应用
非定位自由式支承架结构是本次自行机床改造的重要部位之一，是在本次改造中自行设计的，在结构上，较原支承架（中心架）结构有很大的差别，其结构分为三部分：支撑体，千斤顶，底座。
底座为200mm×200mm×100mm的实心钢块，材质为Q235B。千斤顶采用上海起重工具厂生产的5t级合格产品。支承体由横梁，支撑杆（轴），支承轴承三部分构成，支承杆（轴）与横梁焊接。结构尺寸如（图1）所示。
三、稳定校核
由于受力及其支承架各部分的尺寸原因，只对支承架中的横梁和支撑杆（轴）做校核。各部分尺寸及其受力分析如（图2）所示。
轧辊自重M取最大值
所以
故每个支承轴承所承载的压力，即支承杆（轴）各端受力F
1.横梁稳定校核
根据横梁受力情况，将横梁作为纯弯曲梁进行校核。结构简化为如（图3）所示。
（1）强度校核（图4）
解：对简化机构受力分析，
由静力平衡方程
可得
作弯矩图，如（图5）
可知，最大弯矩在截面C上，
横梁截面为矩形，对中性轴对称，所以最大拉应力发生在截面C的下边缘各点，最大压应力发生在截面C的上边缘各点。
又截面对形心轴的惯性矩，
所以
由于截面危险点的拉压应力值都远远小于45号钢的许用应力值[2]，结构强度安全。
（2）刚度校核
由横梁的简化（图6），列挠曲线方程
[1]
所以最大挠度应该发生在C点上
所以端截面转角
故可知横梁端截面转角很小，横梁弯曲变形在弹性变形范围之内，横梁刚度符合设计要求。
虽然经稳定校核可看出，结构的尺寸都远大于临界尺寸，但根据结构的要求，横梁尺寸保持不变，不做较小的设计。
2. 支承杆（轴）稳定校核
支承杆（轴）主要受剪切应力，对其剪应力进行校核（图7）。
由平衡方程可求得
由于支承轴所受剪应力远小于45号钢需用剪应力，所以结构稳定。
通过以上结构的稳定校核可看出，支承架结构稳定，可以起到支承轧辊的作用。
参考文献
[1] 徐灏.机械设计手册（第五卷）[M]，北京：机械工业出版社，1992.1.
[2] 优质碳素结构钢热轧厚钢板和钢带GB/T 711-2008[M].
[3] XK9360型数控花纹板轧辊铣床使用说明书[M]，中国南通机床有限责任公司.
[关键词]主轴传动 电机 轴瓦 线接触 应力 校核
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）20-0518-01
一、机床现状分析
主轴传动电机故障，电机温度过高，电流过载。虽然多次更换负载电机，但是故障依然频繁发生。
查看电机，涡轮蜗杆。其定位，皮带传动，皮带松紧程度，涡轮蜗杆咬合等均正常，无异常的磨损及咬痕等。拆卸头架部位箱体，涡轮与主轴连接正常，主轴轴瓦有咬痕，过度磨损，润滑失效。
结合以上故障现象，初步判定：主轴轴瓦与主轴之间配合过紧。
根据以上初步判断，遂对主轴轴瓦进行刮瓦，加大对主轴轴瓦的润滑程度。装配好以后，机床试运行，但是电机又发生故障，故障现象不变。检查主轴轴瓦，又有新的咬痕产生。
二次检查头架部位箱体，仔细检查时发现，轴瓦咬痕基本上全部产生在下半瓦面。检查支撑架（中心架）两支撑端，发现其构造难以承载辊重的大部分。而且支撑端与轧辊轴头为线接触，为滑动摩擦。
结合以上原因，基本判定故障原因如下：
花纹辊自重6t～7t，支承架（中心架）虽然能够起到定位作用，但因其支承端的结构，支承架（中心架）没有承載花纹辊的绝大部分的重量，而且支承架的支承端与花纹辊轴头的摩擦方式为线接触滑动摩擦，因此在花纹辊作圆周进给或者分度运动时，增大了花纹辊运动的阻力。这样，花纹辊的重量绝大部分通过主轴作用在了主轴轴瓦上，造成“主轴轴瓦配合过紧，润滑失效”，发生主轴“啃瓦”现象。
根据以上的分析，确定解决方法如下：
主轴与轴瓦配合过紧，润滑失效，发生啃瓦的根本原因在于支承架（中心架）未起到支承轧辊绝大部分重量的作用。故弃原有支承架，采用重新自行设计的“非定位自由式支承架”，变定位为非定位，直接靠四爪卡盘和尾座找正；变固定式支承为非固定式；变滑动摩擦为滚动摩擦。从而使支承架承载了轧辊的绝大部分重量，而且减少了支承架承载轧辊重量时产生的对轧辊轴头的摩擦阻力。
二、非定位自由式支承架结构的设计及在机床中的应用
非定位自由式支承架结构是本次自行机床改造的重要部位之一，是在本次改造中自行设计的，在结构上，较原支承架（中心架）结构有很大的差别，其结构分为三部分：支撑体，千斤顶，底座。
底座为200mm×200mm×100mm的实心钢块，材质为Q235B。千斤顶采用上海起重工具厂生产的5t级合格产品。支承体由横梁，支撑杆（轴），支承轴承三部分构成，支承杆（轴）与横梁焊接。结构尺寸如（图1）所示。
三、稳定校核
由于受力及其支承架各部分的尺寸原因，只对支承架中的横梁和支撑杆（轴）做校核。各部分尺寸及其受力分析如（图2）所示。
轧辊自重M取最大值
所以
故每个支承轴承所承载的压力，即支承杆（轴）各端受力F
1.横梁稳定校核
根据横梁受力情况，将横梁作为纯弯曲梁进行校核。结构简化为如（图3）所示。
（1）强度校核（图4）
解：对简化机构受力分析，
由静力平衡方程
可得
作弯矩图，如（图5）
可知，最大弯矩在截面C上，
横梁截面为矩形，对中性轴对称，所以最大拉应力发生在截面C的下边缘各点，最大压应力发生在截面C的上边缘各点。
又截面对形心轴的惯性矩，
所以
由于截面危险点的拉压应力值都远远小于45号钢的许用应力值[2]，结构强度安全。
（2）刚度校核
由横梁的简化（图6），列挠曲线方程
[1]
所以最大挠度应该发生在C点上
所以端截面转角
故可知横梁端截面转角很小，横梁弯曲变形在弹性变形范围之内，横梁刚度符合设计要求。
虽然经稳定校核可看出，结构的尺寸都远大于临界尺寸，但根据结构的要求，横梁尺寸保持不变，不做较小的设计。
2. 支承杆（轴）稳定校核
支承杆（轴）主要受剪切应力，对其剪应力进行校核（图7）。
由平衡方程可求得
由于支承轴所受剪应力远小于45号钢需用剪应力，所以结构稳定。
通过以上结构的稳定校核可看出，支承架结构稳定，可以起到支承轧辊的作用。
参考文献
[1] 徐灏.机械设计手册（第五卷）[M]，北京：机械工业出版社，1992.1.
[2] 优质碳素结构钢热轧厚钢板和钢带GB/T 711-2008[M].
[3] XK9360型数控花纹板轧辊铣床使用说明书[M]，中国南通机床有限责任公司.