车床主轴装配探索

1.主轴组件的支承配置结构

图1是50车床主轴结构图。主轴箱的主轴精度主要取决于轴承和主轴本身精度以及钳工装配技术。通常采用“定向装配”装配法，使精度尽可能的提高。50车床主轴为三点支承，即前、中、后轴承，前、中轴承是主要支承，后轴承是辅助支承。前轴承是NN3030K双列圆柱滚子轴承及2268930双向推力角接触球轴承，中间轴承为NN3026K双列圆柱滚子轴承。这种前轴承配列具有很高的综合刚性，轴向力及径向力分别由不同的轴承承担，轴向热膨胀可由双列短圆柱滚子轴承吸收。前、中轴承之间，前轴承对主轴组件的精度比中轴承的影响大。后轴承是向心球轴承GB/276/16024起到辅助支撑作用。这种轴承配置为超高刚度配置，主要通过轴承的精度来保证主轴运转精度，还有其它的一些组件都配合轴承制成适当的精度。

2.轴承在主轴上的安装

在装配前应检查NN3030K轴承和NN3026K轴承与主轴轴颈锥度（1：12）配合接触印痕应在80%以上，并且大端略硬（实践经验证明因主轴加工、材质等原因，不能很好的控制，印痕略硬的位置和程度。实际生产时接触印痕超出55%-65%这个范围，对主轴精度保持一致性差。低于55%时轴承无法可靠定位连接，使得轴承变形，轴承刚度差；高于65%时，因锥孔小端组配，调整螺母后使小端收紧变形，改变了接触状态，使得轴承小端接触硬。使工作状态下，轴承刚性下降、易震动，影响加工精度）。在检查时着色剂要调的干一些，涂抹均匀，以小角度约15度正反转动轴承内圈，以使显示印痕准确.真实。锥度配合不好，轴承装配后，滚子两端的径向间隙不同。从而引起轴承内部受力不均匀、刚性降低、轴承工作状态不稳定，直接影响到轴承的使用性能和工作寿命。同时应检查轴承定位隔套两端的平行度以及端面对轴心线的垂直度，一般要控制在0.007MM以下。由于壳体三个轴承孔的同轴度很难保证，所以后轴承与箱体孔的配合较松。若前中轴承孔圆度、同轴度、轴承外圈定位面略有超差。可用经过硫化处理过的橡胶研磨棒，表面涂氧化铬研磨膏，整周沿主轴旋转同方向旋转，并作微量轴向移动进行研磨。研磨棒在研磨前进行冷却，研磨时利用热胀冷缩的原理研磨轴承孔。故研磨量极小，只有0.01-0.015MM，用这种方法改善轴承孔的圆度.同轴度和垂直度。装配前要认真对主轴进行检查，对表面的细微缺陷用油石、金相砂纸修复，最后用麂皮抛光。轴承出厂时表面涂有一层防锈油，为防止因油与防锈油之间不相容，导致试车时轴承不良现象。装配前应选用配比为3%合成清洗剂边旋转边清洗，待轴承残余清洗剂完全自然风干后，带一次性手套安装，不能用手直接接触轴承。由于轴承内圈与轴颈过盈配合，外圈与轴承座孔间隙配合。所以应先在轴承座孔上涂一层薄薄的油，把前轴承NN3030K及2268930，中间轴承NN3026K装入箱体。这样安装可以使轴承在装配中滚动体不受力。装配后转动轴承外圈，由于油作用应有适当阻尼，否则应检查轴承座孔尺寸是否超差。孔小轴承工作发热膨胀，使预紧力加大出现过早磨损、卡死等恶劣现象；孔大使主轴回转精度下降，整机重切椭圆度超差、加工面光洁度差，无法达到工艺要求。法兰盘和螺母3套在主轴上，对φ150、φ130轴颈液氮局部冷却，温差法装配主轴。

因为影响主轴组件的径向跳动无论是主轴近端还是远端主要因素有五方面：一是前轴承内圈跳动或外圈的径向跳动；二是中轴承的内圈跳动或外圈跳动；三是主轴锥孔或主轴端部锥面对前中支承轴颈的径向跳动；四是前中轴承壳体孔的径向跳动；五是壳体孔的同轴度和主轴轴颈同轴度的偏差。装配时对零件进行分组，根据零件实际偏差值进行抵消。利用壳体孔、前中轴承内外圈径向跳动来校正壳体孔（主轴）前中同轴度误差，使得装配后主轴回转轴线的偏移量最小。由于轴承外圈与壳体孔的周向装配位置和轴承内圈与主轴的周向装配位置的布置。通过合理的定向装配使得误差值最大一个布置在一个方向，其余误差布置在其相反方向，来校正壳体、轴承、主轴轴颈跳动和同轴度误差。这样的定向装配可使主轴组件的径向跳动量大大变小。所以装配时注意以误差相消法来减少或抵消零件径向跳动对主轴回转的影响，即轴承内圈径向跳动最高点（轴承外圈径向跳动最高点）与主轴轴颈径向跳动最高点（轴承座径向跳动最高点）在径向处于对称状态以及校正壳体前中轴承孔和主轴前中轴颈的同轴度误差。轴承、主轴在出厂时已在径向跳动最高点已做出标记，但壳体孔要在三座标测量机上测量，壳体孔测量成本较大。由于车床为固定敏感方向主轴，对主轴旋转精度影响最大的是内圈。所以批量装配时，可以将前中轴承外圈的最大径向跳动点在壳体孔内装成一条直线即可。

因为轴承的精度不仅在于它的内外圈和滚动体的配合精度，更重要的是，必须保证轴承装配时有合适的预紧力。其主要目的是提高轴承的旋转精度、减小高速下滚动体的滑动，提高轴承刚性，减小轴承的轴向和径向的窜动量，提高轴承阻尼、降低噪声以及提高轴承使用寿命，所以主轴安装完成后应对轴承进行预紧。应先调整前轴承，这样即减少了径向间隙，同时也控制了主轴的轴向窜动，之后调整中轴承。由于NN3030K轴承内圈与轴颈锥度（1：12）配合，用螺母1来对主轴前端两个轴承做轴向移动，通过改变内圈在轴锥面上的位置，使轴承内圈得到径向扩张，进而改变轴承的径向游隙，实现轴承的预紧。其控制方法主要有经验法、计算法、测量仪器直接控制法等。使用计算法，轴承游隙减小量不仅与轴向移动量有关，而且还与轴颈的表面粗糙度、内圈的壁厚和轴的孔径有关，实际生产中不便于操作控制，生产效率过低不适合批量生产；仪器直接控制法，需要利用圆柱滚子轴承间隙测量仪器进行，设备投入大，不适合实际装配生产。根据总结采用经验法，经验法的关键是掌握好转动主轴时的手感及必要的检测手段进行轴承的装配控制。靠装配人员的经验转动主轴时的手感来判断，如果过盈量大转动主轴就会感到吃力，如果转动主轴时太轻快，说明轴承间隙大。2268930双向推力角接触轴承间隙和预紧量在出厂前已经调整好，不得已可通过修磨中间隔套厚度来调整。使调整好后NN3030K轴承预紧量0～5μM、轴向刚度3.3KN/μM，2268930轴承预载荷1.4KN、轴向刚度1.1KN/μM，中轴承NN3026K轴承预紧量0-5μM、轴向刚度2.9 KN/μM。预紧力调整过大摩擦发热加剧，发热以后预紧力会更大，增大主轴的负荷，并且加快轴承的磨损，最终造成主轴抱死；过小回转精度差，主轴在加工过程中，轴线容易偏移影响加工精度。轴承的预紧分定压和定位两种，这里采用的是定位预紧，主要有利于提高轴承的刚性。定位预紧的轴承在使用过程中支承零部件的相对位置固定不变。角接触球轴承高速旋转时，由于离心力的作用，滚动体有外抛的趋势，从而使得轴承内外套圈有轴向相对移动的倾向，但由于其位置已相对固定，因此，其结果必然使预紧力加大，摩擦发热加剧。工作温度的变化，会影响到轴承的预紧状态，过高温度会导致轴承实际预紧力比装配预紧力大，轴承有可能出现过早磨损.卡死等恶劣情况。跑合试验时，应随时监测轴承温度变化及主轴运转时的工作性能，根据检测结果对轴承预紧力进行修正以获得最佳预紧量。

为了消除装配过程中定位阻力的影响，锁紧螺母时应先以2至3倍正常锁紧力（1040KN）锁紧螺母，然后松开螺母，最后再以正常锁紧力锁紧螺母并锁固。螺母1调整好后，螺母3向双列圆柱滚子轴承拧紧，可以使由螺母1调整好的精度予以保持下去，若因拧紧螺母3而使精度改变了，则应重新调整螺母1，直至两个螺母均拧紧后，主轴精度合格为止。螺母3还起到承担轴向负荷的传递作用，以及卸下或松动轴承的功能。主轴上使用的螺母是专为主轴设计适配的。调整螺母1、螺母2为KMA型锁紧螺母。紧固锁紧装置的方法对提高主轴的旋转精度也扮演一个重要的角色。螺母的螺纹轴心线和端面的垂直度以及螺纹的配合精度不高，则锁紧后螺母发生倾斜，易造成主轴弯曲、轴承预载不均，直接影响到轴承的旋转精度、刚性和承载能力。

3.齿轮件的安装

主轴上的齿轮件全都经过磨齿加工，用以控制齿形、齿向、周累等误差和啮合印痕，用以提高啮合传动精度，从而降低振动、噪声。齿轮件在安装前应在主轴上试装，以检查配合精度，否则会产生倾斜降低啮合精度。特别是大齿轮与主轴轴颈为锥度（1：12）配合，其接触面积要达到80%以上，否则会产生定位不可靠。顶丝用来固定齿轮上回转槽内的平衡块，平衡块用来整机动平衡，以消除整机自激振印V髦岵考在动平衡仪上动平衡后，不平衡重量不能超过5g，平衡圆锥块数量最多不得超过8块。顶丝应选用内六角圆柱端紧定螺钉（GB79-85）涂螺纹紧固胶，以提高摩擦力，确保紧固可靠性。在精度、动平衡调整完毕后，不要随意拆动平衡块，否则将引起主轴振动和机床精度下降。

4.法兰的安装

法兰用螺栓紧固在箱体上，用以定位轴承外圈。如果螺栓紧固力过大或者端盖受力不均，易产生外圈变形，端面精度游动，所以螺栓要对称均匀按工艺拧紧。为保证轴承外圈的正确定位，端盖与轴承端面的轴向过盈量应控制在0.01-0.04mm。

在整个主轴装配过程中，要心细入微，以此来保证主轴一次性装成，不可返工，否则装配精度就会下降，甚至丧失。