第一章 主轴部件的维修

第一节 滚动轴承支承主轴的维修

一、滚动轴承间隙的调整和预紧

主轴支承常用的滚动轴承有双列圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、角接触球轴承、深沟球轴承和单向推力球轴承。其中双列圆柱滚子轴承由于其刚度好，旋转精度高，径向承载能力强，适应高速，从而得到广泛应用；圆锥滚子轴承具有能同时承载径向与轴向载荷的能力，适用于中低速、中等载荷的主轴；角接触球轴承具有同时承载径向与轴向载荷的能力，适用于轻载高速的主轴。

为了提高主轴轴承的刚度，需对轴承预紧。所谓预紧就是预加负荷，使轴承在无间隙、小过盈的状态下工作。轴承的寿命与预加负荷有很大关系，间隙过大或过盈过大都会降低轴承寿命，在无间隙或小过盈的状态下轴承寿命最长。预加负荷应兼顾轴承的刚度和寿命，使两方面都达到最佳状态。

1.圆锥滚子轴承的预加载荷

圆锥滚子轴承是机床主轴常用的轴承，如C6150型车床主轴部件、X6132型铣床主轴部件等。

圆锥滚子轴承的调整状态一般以轴向间隙或轴向载荷表示。对于有一定加工精度和抗振能力要求的车床，一般取预加轴向载荷，其计算式为F=（30～40）d，其中d为主轴前轴承的内径（mm），F为轴向预紧力（N）。

现以C6150型车床为例，说明主轴间隙测量方法。主轴部件装入主轴箱后，对主轴施加正反向载荷，在主轴端部打表，表针读数差即为轴向间隙。在加载时应转动主轴，使滚子与外环滚道有良好的接触。在预加轴向负载1000N的情况下，主轴轴向间隙不应超过0.03mm。

为了便于调整间隙，轴承内环与轴、外环与壳体的配合不易过紧，以用力能推入为宜。

2.双列向心短圆柱滚子轴承的预加载荷

此类轴承在机床主轴的支承中应用很广，它有较高的回转精度和较强的刚度，如CA6140型车床、XA6132型铣床和大多数数控机床等主轴部件都采用这种轴承。

（1）预加载荷的一般要求及测量方法 对于中等尺寸系列的双列向心短圆柱滚子轴承，预加载荷量以轴承间隙达到5～20μm为宜。如果用调整垫控制轴承间隙，其方法如下：

将主轴垂直放置（前端向下），把内环套在主轴径上，装上预紧螺母，再用3个等高块将外环垫到与内环一致的高度。在外环的外圆上打表，不断地拧紧预紧螺母，用手轻轻晃动外环，读取千分表读数差，直至达到所要求的间隙为止。用量块测量内环端面至轴肩的尺寸，此尺寸即为调整垫（隔套）的尺寸。

（2）用计算法确定调整垫尺寸 现以NN3000K（3182×××）系列轴承为例，说明确定调整垫尺寸的计算方法。设轴承的原始间隙（即轴承安装前自由状态下的间隙）为e₁，轴承工作时的配合间隙为e₂，为了使轴承从原始径向间隙减少到需要的数值，必须将轴承的内环在主轴上做轴向移动，移动量δ的计算式为

δ=K（e₁-e₂+a）

式中 K——系数，取决于的比值大小,其中d₀为轴承配合处的主轴孔径（空心轴），d为轴承配合处的主轴直径；

a——轴承内环与主轴轴颈的接触变形系数，一般取a=0.01。

例如，CA6140型车床d₀=42mm、d=105mm、e₁=0.035mm，查表得K=14.7，轴承型号NN3021K/P5（旧型号为D3182121），要求间隙≤0.005mm，则δ=14.7×（0.035-0.005+0.01）mm=0.59mm。

有的机床用调整垫控制轴承间隙。如果需要调整垫尺寸，可先将轴承内环装在主轴上，使之紧密配合，但不要在轴向加载；然后测量内环的端面与轴肩的距离，将此尺寸减去δ，就得出调整垫的厚度。

将主轴前端径向加载1000N（可以用杠杆撬的方法或用千斤顶顶的方法加力），在主轴的伸出轴径上用千分表检测抬起量（尽量靠近轴承处），千分表指针读数差即为主轴轴承径向间隙。

图1-1所示为该轴承的预紧方式。

图1-1a所示的结构最为简单，靠一个调整螺母进行预紧。旋进调整螺母，通过隔套迫使轴承内圈轴向移动，在锥面（1∶12锥度）的作用下使内圈外胀，从而消除轴承间隙。这种方法的缺点是很难准确控制调整量，仅凭经验和感觉进行调整。例如，C7620型车床、X6132A型铣床的主轴轴承就是这种预紧方式。

图1-1b所示的结构在轴承左右两侧都有调整螺母，调整方便，但主轴右端要加工螺纹，悬臂长，影响主轴刚度。例如，CA6140、CW6163型车床的主轴部件就采用这种结构。

图1-1c所示的结构较为复杂，垫圈1做成两瓣的，退出套环2就可取出两个半环垫圈，调整时可根据计算修磨垫圈厚度（两个半环垫圈一起磨）。这种结构调整量准确，修磨垫圈无需将主轴抽出。例如，XA6132型主轴部件便采用这种结构。也有的机床垫圈不是两半的而是整体的，取出垫圈需先拆卸主轴。

3.角接触球轴承的预紧加载

角接触球轴承多用于高速轻载的工况状态，如内圆磨床的磨头主轴、金刚镗床的镗头主轴。它对预加负载的要求比较严格，预加负载过低或过高都会降低轴承的寿命。预加负载最好略大于工作负载。最小预加负载的计算式为

A_min=1.58Rtanγ±A

式中 R——作用在轴承上的径向载荷（N）；

A——作用在轴承上的轴向载荷（N）；

γ——接触角，有γ=15°，γ=25°两种。

式中“+”号用于轴向工作载荷使原有预公盈值减少的那一个轴承，“-”号用于轴向工作载荷使原有预公盈值加大的那一个轴承。两成对轴承，其中最小预加负载量A_min应按两个轴承所求得两个值中的最大值选取。此公式为经验公式，用此公式后还应进行适当的修正。在通常情况下，预加负载只要能把轴承原始间隙消除即可。

图1-2所示为角接触球轴承间隙预紧的四种方法。

图1-2a所示为将内环相靠的侧面磨去厚度a,然后将内环压紧靠在一起。

图1-2b所示为两个轴承之间装两个隔套，内套比外套长度短2a。a值是根据预紧量确定的。

图1-2c所示为用弹簧使轴承有一个预紧力。弹簧在圆周上是均布的。

图1-2d所示的结构是将内环向里靠，预紧力的大小可由操作者控制。

角接触球轴承预加负载是一项很精细的工作。通常采用的方法有测量法和感觉法两种，其中感觉法需有经验的师傅操作。测量法的操作步骤如下：将一特制的圆座体放在平板上，再把轴承外环支承在圆座体上，将内环压一重力为A_min的重物，用百分表测量内、外环的高度差，这样就会得出内、外隔套的厚度差，从而确定内、外隔套的厚度。

二、各类主轴滚动轴承间隙调整的操作方法

1. NN3000K（旧型号为3182100）型带内锥孔的双列圆柱滚子轴承的调整方法

（1）只有一个调整螺母的调整方法 图1-3所示为C7620型多刀半自动车床的主轴结构。主轴前支承的轴承为NN3024K/P5（旧型号为D3182124）型带内锥孔（锥度为1∶12）的双列圆柱滚子轴承。调整前，应脱开与主轴齿轮啮合的滑移齿轮。调整时，松开螺母3的锁紧螺钉，拧紧螺母3使轴承内圈相对于主轴做轴向移动，由于锥面的作用将内圈撑胀，从而消除轴承间隙。边调整边扳动主轴转动，凭借扳动力矩的大小可判断调整是否合适。既要能不用太大的力扳动主轴，又不能过于松动，靠经验和感觉控制。调整完后将螺母3锁紧。用螺母1可调整主轴轴承的轴向间隙。

（2）既有调整螺母也有控制螺母的调整方法 图1-4所示为CA6140型车床主轴部件。主轴前端轴承为NN3021K/P5（旧型号为D3182121）型带内锥孔双列圆柱滚子轴承，后端轴承为NN3015K/P6（旧型号为E3182115）。前端还装有60°角接触调心球轴承，以承受轴向力。修磨垫圈2可调整此轴承的间隙。

松开螺母3，拧紧螺母1（在拧紧螺母1前先松开其上的紧定螺钉）即可消除主轴轴承径向间隙，调整完成后再拧紧螺母3。调整后应进行1h的高速运转试验，主轴轴承温升不得超过60℃，否则应重新调整。主轴后轴承的间隙由主轴后端螺母调整。

（3）修磨控制垫圈的调整方法（垫圈为两个半环形） 图1-5所示为XA6132型升降台铣床主轴部件。主轴装配后需对主轴轴承径向和轴向间隙进行调整。当径向跳动超差时，应适当减少前轴承的间隙。调整前，将前轴承的间隙调整螺母6和中轴承的调整螺母30松开并退出一小段距离（松开前先松开防松螺钉），敲击主轴尾部使主轴向前窜动，拆卸法兰盘13（见图1-5）、挡圈11，取出两个半圆的调整垫圈16，再根据径向间隙的大小，按前面所讲的调整计算方法，确定调整垫圈的修磨量。装配后，拧紧间隙调整螺母6，再拧紧防松螺钉8，将压块7压紧。锁紧中轴承的调整螺母30，紧固防松螺钉31。

当主轴轴向窜动超差时，一般应调整中轴承的间隙。调整前应拆出两个中轴承，可以按前面介绍的预加载荷法修磨轴承内、外圈隔套，改变厚度差，以达到预紧的目的。

（4）修磨控制垫圈的调整方法（垫圈为整体的） 图1-6所示为X61型铣床主轴结构。当需要调整主轴前端双列圆柱滚子轴承间隙时，需将主轴拆出，拆下装在主轴上的所有零件后，将主轴前端轴肩上的垫圈根据测量主轴径向间隙数据按计算方法修磨其厚度，然后再重新装配主轴部件。

这种调整方法需拆装主轴部件，工作量大，调整麻烦。

图1-7所示为TH6350型加工中心主轴结构。NN3020K/P4（旧型号为C3182120）轴承的间隙调整也采用修磨控制垫圈这种方法。

2.圆锥滚子轴承间隙的调整

1）图1-8所示为X6132型升降台铣床主轴部件。主轴采用三支承结构。前支承采用30220/P5（旧型号为D7520）型圆锥滚子轴承6，用以承受径向力及指向主轴后端的轴向力，中间支承采用P6级（E级）精度的圆锥滚子轴承4，承受径向力及指向主轴前端的轴向力。后轴承采用深沟球轴承，作为辅助支承。

调整间隙时，要移开悬梁，拆下盖板，松开锁紧螺钉3，然后用钩形扳手钩住螺母11，利用端面键8顺时针方向（朝向主轴方向看）扳动主轴，便会拧紧螺母11，消除轴承6及4的间隙。调整完成后，拧紧锁紧螺钉3。主轴在高转速下空运行1h，轴承温度不应超过60℃，否则应重新调整。

2）图1-9所示为CK6150型数控车床主轴部件（C6150型车床主轴部件图与它相同，只是没有碟形弹簧1）。前、中轴承分别为30220/P5（D7520）和30218/P5（D7518）。

轴承间隙的调整方法与X6132型升降台铣床主轴轴承调整方法相似，松开螺母2的紧定螺钉后旋动螺母2即可调整轴承间隙，调整完成后再锁紧紧定螺钉。螺母2与隔套间有一碟形弹簧1，用以控制预紧力并补偿主轴轴向的热膨胀。

3.角接触球轴承的预紧

1）图1-10所示为内圆磨头结构。轴的两端均由两个角接触球轴承组成，属于图1-2b形式的安装。由内外两个隔套的厚度差决定其预紧量。这种轴承适用于轻载、高速及高精度的工况。隔套的尺寸和几何误差要求很高，测量时应十分仔细。

2）图1-11所示为M7475B型立轴圆台平面磨床的砂轮主轴结构。下支承是由两只角接触球轴承3（D66322）承受径向力和向上的磨削抗力（两只轴承同向安装），上支承由一只推力球轴承19承受向下的重力。内、外隔套4和5应依据两只角接触球轴承的实际尺寸进行配磨，以使两只轴承均匀受力（配磨的尺寸用预加负荷的方法配制）。最上端的球轴承承受径向力。两只角接触球轴承要进行选配，外径差在0.002～0.003mm以内，以保证与法兰内孔有合理的配合。调整轴承间隙时，拧紧螺母24，使主轴向上拉，即可消除角接触球轴承与推力球轴承的间隙，碟形弹簧22用以控制预紧力并补偿主轴的热膨胀。调整完后用手转动主轴，手感轻松，无阻滞现象，空运转2h应无噪声，温升小于15℃。

此主轴部件与电动机成为一体，转动惯量大，整个部件必须进行动平衡（件7为平衡块）。

三、滚动轴承支承主轴的常见故障与排除方法（见表1-1）