戚遠(yuǎn)大

（沈陽(yáng)機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 設(shè)計(jì)研究院，沈陽(yáng) 110142）

0 引言

機(jī)械主軸從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)并不十分復(fù)雜，其性能的好壞雖與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性有著密切的聯(lián)系，但很大程度上取決于裝配方法是否合理。裝配方法不當(dāng)可能會(huì)損壞主軸軸承或者使主軸軸承處于不良的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，高速狀態(tài)下發(fā)熱甚至燒毀，嚴(yán)重制約主軸轉(zhuǎn)速的提高。因此，有必要對(duì)機(jī)械主軸裝配方法進(jìn)行研究和規(guī)范。

1 軸承清洗

主軸軸承的清潔是軸承使用的重要先決條件，軸承中的細(xì)微雜質(zhì)會(huì)導(dǎo)致滾動(dòng)體表面產(chǎn)生疲勞應(yīng)力，進(jìn)而產(chǎn)生滾動(dòng)體表面疲勞破壞，軸承在高速狀態(tài)下會(huì)發(fā)熱甚至燒毀。因此，主軸軸承在安裝前必須對(duì)其進(jìn)行清洗。清洗的目的除了去除細(xì)微雜質(zhì)外，部分廠家在軸承出廠前涂抹在軸承上的防銹油也是本環(huán)節(jié)去除的對(duì)象。軸承在清洗的時(shí)候要遵循以下幾點(diǎn)：1）軸承的清洗劑一般使用航空煤油或汽油。2）清洗按照粗洗和精洗分開(kāi)，并分別在槽底墊上金屬隔墊，使軸承不直接接觸清洗槽內(nèi)的臟物。3）粗洗目的是除去防銹油，在此階段要盡量避免轉(zhuǎn)動(dòng)軸承，用刷子等大致清除附著在軸承表面的臟物后再放入精洗槽內(nèi)。4）在精洗槽內(nèi)輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)軸承來(lái)進(jìn)行清洗，確認(rèn)轉(zhuǎn)動(dòng)軸承時(shí)沒(méi)有阻滯感存在。精洗槽內(nèi)的清洗油要經(jīng)常保持清潔。5）將軸承全體浸入清潔的溶劑中進(jìn)行脫脂處理。脫脂時(shí)以及脫脂完成后都不要轉(zhuǎn)動(dòng)軸承。6）脫脂后，如果是脂潤(rùn)滑，則進(jìn)行填充潤(rùn)滑脂的工序，如果是油氣潤(rùn)滑，則在軸承內(nèi)部涂上一層很薄的稀釋后的潤(rùn)滑油。

2 填充潤(rùn)滑脂

對(duì)于脂潤(rùn)滑的軸承來(lái)說(shuō)，潤(rùn)滑脂的填充量要求也比較嚴(yán)格，并不是潤(rùn)滑脂越多潤(rùn)滑效果就越好。事實(shí)上，過(guò)多的潤(rùn)滑脂會(huì)增加軸承的摩擦阻力，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)滾動(dòng)體攪拌潤(rùn)滑脂而產(chǎn)生更多的熱量。因此，潤(rùn)滑脂的填充量要適度。通常軸承生產(chǎn)廠家會(huì)推薦填脂量，高速主軸用角接觸軸承一般為空間容積的15%，高速主軸圓柱滾子軸承一般為空間容積的10%。填充潤(rùn)滑脂時(shí)應(yīng)采用帶有容積刻度的注射器來(lái)進(jìn)行。填充時(shí)要注意每個(gè)鋼球之間均勻地填充進(jìn)潤(rùn)滑脂。在保持架外圈引導(dǎo)的情況下，在保持架的引導(dǎo)面上也要薄薄地涂上一層潤(rùn)滑脂。用手轉(zhuǎn)動(dòng)軸承，保證在滾道面、保持架的內(nèi)徑處、滾動(dòng)體之間引導(dǎo)面上都均勻地涂上潤(rùn)滑脂。

3 軸與套筒的精度檢查

軸與套筒是和軸承配合的兩個(gè)關(guān)鍵件。通常情況下軸與軸承的配合為過(guò)盈配合，而套筒與軸承為間隙配合。為了能夠使主軸具有良好的回轉(zhuǎn)精度以及高速性能，對(duì)兩者與軸承的配合公差都具有非常嚴(yán)格的要求。軸的過(guò)盈量過(guò)大會(huì)減小軸承的游隙，增加軸承的預(yù)緊力，使主軸的發(fā)熱量升高，影響主軸的轉(zhuǎn)速；過(guò)盈量太小會(huì)導(dǎo)致軸與軸承內(nèi)圈發(fā)生跑圈的現(xiàn)象，產(chǎn)生劇烈的摩擦，同樣會(huì)產(chǎn)生大量的熱而影響主軸的轉(zhuǎn)速。套筒的間隙量過(guò)小除了會(huì)給裝配帶來(lái)麻煩以外，還會(huì)減低軸承外圈的熱膨脹量，使其無(wú)法與內(nèi)圈的熱膨脹相適應(yīng)，造成軸承的預(yù)緊力持續(xù)增大，軸承溫升現(xiàn)象嚴(yán)重；如果間隙量過(guò)大會(huì)造成主軸剛性差、回轉(zhuǎn)精度不良以及外圈跑圈等問(wèn)題。因此，在安裝軸承前必須對(duì)兩者的配合精度進(jìn)行檢查，如圖1所示。

圖1 軸與套筒的精度檢查

4 軸承內(nèi)外隔套的配做

軸承隔套的精度對(duì)軸承性能的發(fā)揮具有重要影響。其等高一致性直接影響軸承的預(yù)緊力，而其端面平面度和兩端平行度則影響軸承滾道的精度。通常情況下，等高一致性不能大于0.004 mm，當(dāng)內(nèi)隔套比外隔套短超過(guò)0.004 mm時(shí)，會(huì)使軸承的預(yù)緊提高一個(gè)等級(jí)，增加軸承預(yù)緊力，限制其預(yù)期轉(zhuǎn)速的實(shí)現(xiàn)。內(nèi)外隔套的配制首先要使用研板研磨兩個(gè)隔套的端面，使其滿足平面度的要求，如圖2（a）所示。然后將兩隔套成組配磨，以研磨面為裝置面對(duì)非研磨面進(jìn)行精磨，基本可保證平行度和等高一致性要求。使用前用千分表對(duì)內(nèi)外隔套的等高一致性進(jìn)行檢查，如圖 2（b）、（c）所示。符合要求后擰緊鎖緊螺母即可獲得合適的預(yù)緊力。

圖2 軸承內(nèi)外隔套檢查

5 軸承的安裝與鎖緊

軸承應(yīng)使用熱裝方法進(jìn)行安裝。先使用軸承加熱器對(duì)軸承的內(nèi)圈進(jìn)行加熱以使其膨脹，膨脹后的內(nèi)圈與軸會(huì)成為間隙配合形式，軸承會(huì)很輕松的被裝在軸上。注意嚴(yán)禁加熱溫度過(guò)高，溫度過(guò)高會(huì)造成潤(rùn)滑脂融化。通常內(nèi)圈與軸間的溫差在20～30℃時(shí)即可輕松安裝。安裝時(shí)要注意前軸承組的內(nèi)圈徑向跳動(dòng)最高點(diǎn)應(yīng)與主軸錐孔徑向跳動(dòng)最低點(diǎn)的角向位置相重合，這樣有助于降低由加工誤差而帶來(lái)的影響，提高主軸的旋轉(zhuǎn)精度、位置精度。

擰緊鎖緊螺母后要檢查錐孔的跳動(dòng)值小于目標(biāo)值，保證主軸軸承處于一種理想的待轉(zhuǎn)姿態(tài)。如果跳動(dòng)值過(guò)大可輕輕敲擊產(chǎn)生較大跳動(dòng)一側(cè)螺母的外面，改善鎖緊螺母的傾斜度來(lái)進(jìn)行調(diào)整，如圖3所示。

圖3 軸承的鎖緊

6 套筒的安裝

套筒與軸承之間通常是小間隙配合，單邊間隙量通常只有0～5 μm，常溫安裝難度很大，應(yīng)采用熱裝的方式安裝。安裝套筒前應(yīng)使用加熱箱對(duì)套筒進(jìn)行加熱，套筒與軸承外圈溫差在10～30℃即可。套筒熱脹后輕敲套筒周身找正，即可將其安裝就位。

嚴(yán)禁使用錘擊安裝方式，否則會(huì)嚴(yán)重破壞軸承的使用性能，而且會(huì)使異物落入軸承內(nèi)，使軸承旋轉(zhuǎn)時(shí)溫升嚴(yán)重，甚至損壞軸承。圖4為一燒毀軸承的分析切割照片，照片顯示軸承滾道上的凹痕和劃傷，如圖4（a）、（b）所示。分析結(jié)果顯示，其主要原因就是錘擊安裝引起脫落粉末進(jìn)入軸承所致。如圖4（c）所示，滾動(dòng)體上有明顯的剝落及雜質(zhì)。

圖4 錘擊安裝導(dǎo)致軸承損壞

7 前端蓋的安裝

前端蓋主要用于主軸軸承的軸向固定，其緊固量須精確控制。緊固量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致套筒和前端蓋變形，影響主軸的回轉(zhuǎn)精度。因此在安裝前端蓋前要對(duì)前端蓋的緊固量進(jìn)行測(cè)量。具體方法如圖5所示。

圖5 前端蓋的緊固量檢測(cè)

在前端蓋上放置軸承組和外隔套，把深度千分尺調(diào)零作為基準(zhǔn)。測(cè)量套筒軸承部位的放置深度。通過(guò)配磨C或D面，使套筒的測(cè)量深度在-0.02 mm內(nèi)，這樣在保證緊固力的同時(shí)，不會(huì)使軸承的滾道產(chǎn)生過(guò)大的變形。

緊固前端蓋時(shí)要沿對(duì)角線循序漸進(jìn)地?cái)Q緊螺釘，并使用力矩扳手對(duì)施擰力矩進(jìn)行控制。施擰力矩過(guò)大會(huì)導(dǎo)致軸承外圈變形滾道引起回轉(zhuǎn)精度不良，施擰力矩不足則會(huì)因螺釘松動(dòng)引起主軸軸向竄動(dòng)過(guò)大。

8 主軸的跑合運(yùn)轉(zhuǎn)

主軸組裝完成以后，必須進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)。試運(yùn)轉(zhuǎn)中要對(duì)軸承附近進(jìn)行溫度的測(cè)量，在確認(rèn)溫升達(dá)到平衡后，再分段提高主軸轉(zhuǎn)速。如果在某個(gè)轉(zhuǎn)速上，主軸的溫升持續(xù)升高則要停止運(yùn)轉(zhuǎn)，讓軸承外圈冷卻5～10℃后重新在該轉(zhuǎn)速上進(jìn)行跑合，直至溫度穩(wěn)定。主軸在跑合時(shí)如果使用軸承冷卻循環(huán)系統(tǒng)，制冷系統(tǒng)的制冷溫度要注意控制在比室溫低5℃左右。制冷溫度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致套筒遇冷收縮過(guò)大，影響軸承與套筒之間的間隙配合量，使軸承無(wú)法獲得足夠的膨脹控制而溫升嚴(yán)重。

9 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械主軸的裝配方法有很多種，基本上大同小異，都是采用恰當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)保證主軸軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)接近其最佳狀態(tài)，充分發(fā)揮出軸承的轉(zhuǎn)速性能，使機(jī)械主軸獲得理想的轉(zhuǎn)速。本文介紹的裝配方法具有一定的代表性，該方法在機(jī)械主軸實(shí)際裝配中取得了不錯(cuò)的效果。希望能給讀者朋友們帶來(lái)一些益處。［1］日本NSK.精密滾動(dòng)軸承樣本［M］.NSK軸承公司，2008.

［參考文獻(xiàn)］