保证机械主轴转速的装配方法研究

戚远大

（沈阳机床（集团）有限责任公司 设计研究院，沈阳 110142）

0 引言

机械主轴从结构上来说并不十分复杂，其性能的好坏虽与结构设计的合理性有着密切的联系，但很大程度上取决于装配方法是否合理。装配方法不当可能会损坏主轴轴承或者使主轴轴承处于不良的运转状态，高速状态下发热甚至烧毁，严重制约主轴转速的提高。因此，有必要对机械主轴装配方法进行研究和规范。

1 轴承清洗

主轴轴承的清洁是轴承使用的重要先决条件，轴承中的细微杂质会导致滚动体表面产生疲劳应力，进而产生滚动体表面疲劳破坏，轴承在高速状态下会发热甚至烧毁。因此，主轴轴承在安装前必须对其进行清洗。清洗的目的除了去除细微杂质外，部分厂家在轴承出厂前涂抹在轴承上的防锈油也是本环节去除的对象。轴承在清洗的时候要遵循以下几点：1）轴承的清洗剂一般使用航空煤油或汽油。2）清洗按照粗洗和精洗分开，并分别在槽底垫上金属隔垫，使轴承不直接接触清洗槽内的脏物。3）粗洗目的是除去防锈油，在此阶段要尽量避免转动轴承，用刷子等大致清除附着在轴承表面的脏物后再放入精洗槽内。4）在精洗槽内轻轻转动轴承来进行清洗，确认转动轴承时没有阻滞感存在。精洗槽内的清洗油要经常保持清洁。5）将轴承全体浸入清洁的溶剂中进行脱脂处理。脱脂时以及脱脂完成后都不要转动轴承。6）脱脂后，如果是脂润滑，则进行填充润滑脂的工序，如果是油气润滑，则在轴承内部涂上一层很薄的稀释后的润滑油。

2 填充润滑脂

对于脂润滑的轴承来说，润滑脂的填充量要求也比较严格，并不是润滑脂越多润滑效果就越好。事实上，过多的润滑脂会增加轴承的摩擦阻力，转动时滚动体搅拌润滑脂而产生更多的热量。因此，润滑脂的填充量要适度。通常轴承生产厂家会推荐填脂量，高速主轴用角接触轴承一般为空间容积的15%，高速主轴圆柱滚子轴承一般为空间容积的10%。填充润滑脂时应采用带有容积刻度的注射器来进行。填充时要注意每个钢球之间均匀地填充进润滑脂。在保持架外圈引导的情况下，在保持架的引导面上也要薄薄地涂上一层润滑脂。用手转动轴承，保证在滚道面、保持架的内径处、滚动体之间引导面上都均匀地涂上润滑脂。

3 轴与套筒的精度检查

轴与套筒是和轴承配合的两个关键件。通常情况下轴与轴承的配合为过盈配合，而套筒与轴承为间隙配合。为了能够使主轴具有良好的回转精度以及高速性能，对两者与轴承的配合公差都具有非常严格的要求。轴的过盈量过大会减小轴承的游隙，增加轴承的预紧力，使主轴的发热量升高，影响主轴的转速；过盈量太小会导致轴与轴承内圈发生跑圈的现象，产生剧烈的摩擦，同样会产生大量的热而影响主轴的转速。套筒的间隙量过小除了会给装配带来麻烦以外，还会减低轴承外圈的热膨胀量，使其无法与内圈的热膨胀相适应，造成轴承的预紧力持续增大，轴承温升现象严重；如果间隙量过大会造成主轴刚性差、回转精度不良以及外圈跑圈等问题。因此，在安装轴承前必须对两者的配合精度进行检查，如图1所示。

图1 轴与套筒的精度检查

4 轴承内外隔套的配做

轴承隔套的精度对轴承性能的发挥具有重要影响。其等高一致性直接影响轴承的预紧力，而其端面平面度和两端平行度则影响轴承滚道的精度。通常情况下，等高一致性不能大于0.004 mm，当内隔套比外隔套短超过0.004 mm时，会使轴承的预紧提高一个等级，增加轴承预紧力，限制其预期转速的实现。内外隔套的配制首先要使用研板研磨两个隔套的端面，使其满足平面度的要求，如图2（a）所示。然后将两隔套成组配磨，以研磨面为装置面对非研磨面进行精磨，基本可保证平行度和等高一致性要求。使用前用千分表对内外隔套的等高一致性进行检查，如图 2（b）、（c）所示。符合要求后拧紧锁紧螺母即可获得合适的预紧力。

图2 轴承内外隔套检查

5 轴承的安装与锁紧

轴承应使用热装方法进行安装。先使用轴承加热器对轴承的内圈进行加热以使其膨胀，膨胀后的内圈与轴会成为间隙配合形式，轴承会很轻松的被装在轴上。注意严禁加热温度过高，温度过高会造成润滑脂融化。通常内圈与轴间的温差在20～30℃时即可轻松安装。安装时要注意前轴承组的内圈径向跳动最高点应与主轴锥孔径向跳动最低点的角向位置相重合，这样有助于降低由加工误差而带来的影响，提高主轴的旋转精度、位置精度。

拧紧锁紧螺母后要检查锥孔的跳动值小于目标值，保证主轴轴承处于一种理想的待转姿态。如果跳动值过大可轻轻敲击产生较大跳动一侧螺母的外面，改善锁紧螺母的倾斜度来进行调整，如图3所示。

图3 轴承的锁紧

6 套筒的安装

套筒与轴承之间通常是小间隙配合，单边间隙量通常只有0～5 μm，常温安装难度很大，应采用热装的方式安装。安装套筒前应使用加热箱对套筒进行加热，套筒与轴承外圈温差在10～30℃即可。套筒热胀后轻敲套筒周身找正，即可将其安装就位。

严禁使用锤击安装方式，否则会严重破坏轴承的使用性能，而且会使异物落入轴承内，使轴承旋转时温升严重，甚至损坏轴承。图4为一烧毁轴承的分析切割照片，照片显示轴承滚道上的凹痕和划伤，如图4（a）、（b）所示。分析结果显示，其主要原因就是锤击安装引起脱落粉末进入轴承所致。如图4（c）所示，滚动体上有明显的剥落及杂质。

图4 锤击安装导致轴承损坏

7 前端盖的安装

前端盖主要用于主轴轴承的轴向固定，其紧固量须精确控制。紧固量过大会导致套筒和前端盖变形，影响主轴的回转精度。因此在安装前端盖前要对前端盖的紧固量进行测量。具体方法如图5所示。

图5 前端盖的紧固量检测

在前端盖上放置轴承组和外隔套，把深度千分尺调零作为基准。测量套筒轴承部位的放置深度。通过配磨C或D面，使套筒的测量深度在-0.02 mm内，这样在保证紧固力的同时，不会使轴承的滚道产生过大的变形。

紧固前端盖时要沿对角线循序渐进地拧紧螺钉，并使用力矩扳手对施拧力矩进行控制。施拧力矩过大会导致轴承外圈变形滚道引起回转精度不良，施拧力矩不足则会因螺钉松动引起主轴轴向窜动过大。

8 主轴的跑合运转

主轴组装完成以后，必须进行试运转。试运转中要对轴承附近进行温度的测量，在确认温升达到平衡后，再分段提高主轴转速。如果在某个转速上，主轴的温升持续升高则要停止运转，让轴承外圈冷却5～10℃后重新在该转速上进行跑合，直至温度稳定。主轴在跑合时如果使用轴承冷却循环系统，制冷系统的制冷温度要注意控制在比室温低5℃左右。制冷温度过低会导致套筒遇冷收缩过大，影响轴承与套筒之间的间隙配合量，使轴承无法获得足够的膨胀控制而温升严重。

9 结语

机械主轴的装配方法有很多种，基本上大同小异，都是采用恰当的方法来保证主轴轴承的运转状态接近其最佳状态，充分发挥出轴承的转速性能，使机械主轴获得理想的转速。本文介绍的装配方法具有一定的代表性，该方法在机械主轴实际装配中取得了不错的效果。希望能给读者朋友们带来一些益处。［1］日本NSK.精密滚动轴承样本［M］.NSK轴承公司，2008.

［参考文献］