摘要： 主轴系统是数控车床机械部分中的关键部位， 其装配精度直接影响到机床的加工精度， 而主轴轴承的选型、测量、装配方法至关重要。介绍一种数控车床主轴轴承的检测与定向装配方法， 装配后主轴精度高， 轴承使用寿命长， 性能稳定。
      
       关键词： 主轴； 角接触球轴承； 检测； 定向装配

      数控机床长期使用， 导致主轴轴承严重受损， 影响机床几何精度， 为恢复精度， 采用“定向装配法”实施主轴轴承的更换及装配。
 
      1　、主轴轴承的检测
   
      数控车床主轴轴承一般采用角接触球轴承， 用千分尺检测轴承内外径和厚度， 与国标对比是否符合要求。
 
      测量角接触球轴承的内外圈厚度差， 采用杠杆千分表（百分表）、磁力表座、长１００ ｍｍ 标准块３ 件、大理石平板１ 块、１００ ｍｍ×１００ ｍｍ×２０ ｍｍ 平行块，方法详见图１。

     
  
  
                  图１　角接触球轴承内外圈厚度差测量图
   
     将平板、３ 个标准块６ 个端面、磁力表座底面、平行块上下面清洗干净， 将标准块１２０°分布于平板上， 角接触球轴承上口朝上放在标准块上面（被测角接触球轴承要清洗干净， 转动均匀， 滚道内不得有细微杂物）， 磁力表座吸在平行块上， 将杠杆千分表头朝上打在角接触球轴承下口外圈端面处， 使杠杆千分表头压下０畅０４ ｍｍ 左右， 读出千分表读数并记录。用手轻推平行块连同磁力表座向里移动至角接触球轴承下口内圈端面处， 读出千分表读数并记录， 计算出两组读数差值X， 即读数大的端面比读数小的端面低X。例如千分表头在外圈端面的读数为－０畅０１４ ｍｍ，在内圈端面的读数为０， 这表明内圈端面比外圈端面低０畅０１４ ｍｍ （即内圈端面比外圈端面靠近平板面０畅０１４ ｍｍ）。反过来， 轴承放置不变， 将杠杆千分表头朝下压住角接触球轴承上口外圈端面并使表头压下０畅０４ ｍｍ 左右， 读出千分表读数并记录。再移到内圈端面读出千分表读数并记录， 计算两组读数差值Y，即读数大的端面比读数小的端面高Y。例如千分表头在外圈端面的读数为０畅０１４ ｍｍ， 在内圈端面的读数为０， 这表明角接触球轴承上口内端面比外端面低０畅０１４ ｍｍ。采用上述过程在圆周上对称测４ 个点，测出数值相同为最佳， 若４ 个点上测出的数值相差０畅０１～０畅０２ ｍｍ 还可用， 若超差太大则轴承不合格。
 
      以此类推对所有轴承都测出上述两组数值。测出每盘轴承的状况后， 要选配两盘相一致的轴承（高度差在０畅０２ ｍｍ 内均可）， 同方向装配， 这样就可以确保这两盘轴承的内、外圈端面全部接触无间隙（这一点非常关键， 详见图２）。再测出第三盘轴承的上口和下口的高度差， 此时就可以考虑第三盘轴承和前两盘轴承背对背装配时的中间隔套尺寸。内隔套和外隔套的厚度是否相同取决于第三盘轴承和另一盘背对背轴承的高度差。当背对背的两盘轴承内外圈高度差均为０ 时， 内外圈厚度相同。当背对背两盘轴承中， 其中一盘轴承外圈比内圈减公差时， 内圈的厚度比外圈的厚度薄一个公差值。当两盘背对背的轴承外圈比内圈都减公差时， 内圈的厚度比外圈的厚度薄两个公差值。当轴承外圈比内圈加公差时， 算法反之。轴承内外圈中间加上隔套压紧后， 必须确保外圈与外圈之间、内圈与内圈之间无间隙， 并有预紧力， 预紧力间隙为０畅０３～０畅０４ ｍｍ （矱２４０， 矱３４０）， 小于矱１５０ 轴承的预紧力间隙为０畅０２ ｍｍ。
 
 
      2、　隔套尺寸的确定
 
      以ＣＫ１４６３Ｌ 数控车床主轴为例， 轴承型号ＦＡＧ Ｂ７１９４８Ｅ畅Ｔ畅Ｐ４Ｓ， 见图２。

     
  
  
                   图２　数控车床Ｃｋ１４６３ｌ 主轴装配图
   
　   （１） 设轴承厚度为a， 隔套１ 的厚度A１ ＝L１ ＋X ＋S－３a， 隔套１ 的外径与箱体内孔间隙配合， 隔套１ 的内径等于轴承外圈内径。
 
     （２） 隔套２ 的厚度A２ ＝A１ －Z１ －Z２ －０畅０４， 其中：０畅０４ ｍｍ 为预紧间隙； 隔套２ 的外径等于轴承内圈的外径， 隔套２ 的内径与主轴颈间隙配合。
 
     （３） 隔套３ 的厚度B１ ＝L５ －Y－２a， 隔套３ 的外径与箱体内孔间隙配合， 隔套３ 的内径等于轴承外圈内径。
 
    （４） 隔套４ 的厚度B２ ＝B１ －０畅０２， 其中： ０畅０２ｍｍ 为预紧间隙； 隔套４ 的外径等于轴承内圈的外径； 隔套４ 的内径与主轴颈间隙配合。以上隔套的厚度公差确定为０畅０１ ｍｍ， 两端面的平行度不大于０畅００６ ｍｍ， 外隔套的外径中心线相对于两端面的垂直度为０畅０１ ｍｍ， 内隔套的内径中心线与两端面的垂直度为０畅０１ ｍｍ。
 
     （５） L５ ＝L７ ＋Y； L７ ＝L３ －L６； L６ ＝L４ －L２； L１ 、L２ 、L３、L４ 、X、Y、S 均能测出。
 
 
     3　、安装前的准备
   
     （１） 清洗工作
 
      将轴承、隔套、主轴、内套、箱体内孔等部位用清洗剂清洗干净， 并用白布擦拭干净， 不得有任何细微杂质。
 
     （２） 装配面的检查与修理
 
      将所有装配面全部检查一遍， 细小的毛刺、拉伤、划痕等部位全部修复。
 
     （３） 注润滑脂
 
      将清洗干净的轴承吹干， 主轴专用润滑脂按轴承的１／３ 空间注入， 并转动轴承内圈使润滑脂均匀涂敷在滚珠表面上。
 
     注意： 不得将轴承的所有空间涂满润滑脂， 这样不便于散热， 不得带手套或用其他木棒操作。
 
     4　、装配
   
      装配详见图２。
   
     ４ .１　数控车床主轴轴承的定向装配要求
 
     （１） 将主轴前后轴承内圈的径向圆跳动高点置于同一轴向截面内并位于主轴轴线的同一侧， 与主轴锥孔轴线偏差量的高点方向相反。
     （２） 将主轴前后轴承外圈的径向圆跳动高点装配在箱体孔的同一侧。
     （３） 前轴承的径向圆跳动比后轴承的径向圆跳动小。
   
     ４.２　装配技术原理
   
     装配中的相关件的制造误差相互抵消至最小值。理论依据是： 按不同的装配方法进行装配后的主轴精度比较， 如图３ 所示。

                      图３　主轴轴承定向装配后的精度比较
     
　   图中： a 为主轴检验处的径向圆跳动量即主轴精度； a１ 为前轴承内圈的径向圆跳动量； a２ 为后轴承内圈的径向圆跳动量； a３ 为主轴锥孔中心线偏差量。如图３ （ａ） 所示： 定向装配后主轴径向圆跳动量a 最小。如图３ （ｂ） 所示： 主轴锥孔中心线偏差方向和两轴承径向圆跳动量最大的方向相同。如图３ （ｃ）所示： 两轴承径向圆跳动量最大的方向在旋转中心线的两侧； 主轴锥孔中心线偏差方向和前轴承径向圆跳动量最大的方向相反。如图３ （ｄ） 所示： 两轴承径向圆跳动量最大的方向在旋转中心线的两侧；主轴锥孔中心线偏差方向和前轴承径向圆跳动量最大的方向相同， 此时主轴的径向圆跳动量a 最大。
 
     ４.３　ＣＫ１４６３Ｌ 数控车床主轴轴承装配实例
   
     首先将主轴立起来， 前轴承盖止扣朝上， １ 号、２ 号轴承上口朝下， 隔套２、１ 和３ 号轴承上口朝上，依次套在主轴上。用干净吊带将主轴吊起并装入箱体孔内， 同时从后部将内套套在主轴上， 主轴向内推的同时边旋转边推内套直至到位。前压盖用螺栓对称均匀压紧， ５ 号轴承上口朝里， 隔套３、４ 和４ 号轴承上口朝外依次套在主轴上和箱体内， 装防尘圈， 用丝圈将轴承锁紧。
 
     注意： 往主轴上装１ 号、２ 号、３ 号、４ 号轴承时内圈受力， ５ 号轴承外圈受力； 不要用铝、铜等易掉碎块的物件敲击轴承。
 
     5　、检测主轴跳动和轴向窜动
   
     将百分表头压在主轴定位锥面上， 转动主轴， 跳动小于０畅００８ ｍｍ （标准允差a＝０畅０１５ ｍｍ， b＝０畅０２５ｍｍ）。将百分表头压在主轴端面上， 转动主轴， 轴向窜动小于０畅０１ ｍｍ （标准允差０畅０１５ ｍｍ）。
 
     6　、试车空运转
   
     ５０、１００、２００ ｒ／ｍｉｎ 各转动３０ ｍｉｎ， ４００ ｒ／ｍｉｎ 转动３ ｈ， ６００ ｒ／ｍｉｎ 转动２ ｈ， １ ０００ ｒ／ｍｉｎ 转动２ ｈ， 高
速转动２０ ｍｉｎ．转动期间注意观察、监测主轴运转情况（声音、温度、振动）。
 
     7　、试车切削
   
     （１） 装夹工件， 编制程序。
     （２） 进给车削外径， 观察机床声音、振动、温升是否正常。
     （３） 小于０畅１ ｍｍ 进给车削外径， 观察工件外表面粗糙度。
     （４） 距主轴端面１００ ｍｍ 处， 用６ ｍｍ 宽切刀一次切深６ ｍｍ 试切工件， 观察机床是否振动。若上述４ 项都正常， 认为该主轴部件装配合格，达到出厂精度要求。
   
     8　、结束语
   
     该检测与定向装配方法在国内外数控设备主轴轴承装配方面较为先进， 装配后的主轴精度高， 轴承使用寿命长， 运转性能稳定， 确保设备高效率使用。目前某公司采用该专项技术装配了数十台数控车床主轴轴承， 效果非常显著， 具有推广价值。