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摘要：介绍了全功能数控车床主轴箱结构，提出了主轴箱装配检验要求及关键装配方法，分析了主轴箱主要故障及排除方法。
关键词：主轴箱精度 动平衡 预紧
中图分类号： TG751 文献标识码： A 文章编号：
主轴箱是全功能数控车床最关键功能部件之一，其装配质量的好坏将直接影响整机的质量及可靠性。本文作者根据多年的实践经验，重点介绍了全功能数控车床主轴箱的结构、关键装配方法以及常见故障排除。
1.全功能数控车床主轴箱结构简介
主轴箱在机床的构成装置中为最重要的部件之一。它主要是由主轴箱体、主轴、主轴轴承、主轴轴承用调整螺母、位置编码器及皮带等组成。
主轴通过V型皮带由AC主轴电机直接驱动，由于采用的是强力型AC主轴电机，故主轴有高的输出扭矩。
主轴箱采用前支承由一个双列短圆柱滚子轴承和一组向心推力轴承组成、后支承采用一个双列短圆柱滚子轴承的结构，轴承全部采用进口高精密轴承，进口润滑脂润滑。此结构的主要特点是主轴支承刚性强、转速高、回转精度高、精度保持性好，寿命长、温升低、热变形小。此结构是前支承和后支承同时实现径向定位，前支承实现轴向定位，主轴向后端热伸长，后端轴向浮动，是高速、重载主轴箱的典型结构。
2.主轴箱的主要检验及装配要求
1、主要检验要求
主轴的前后轴承温升：
主轴箱高速运转后主轴前后轴承的温度少于45·C，温升值内控少于15·C，最佳值7·C-10·C，前后轴承的温差值一般应少于5·C，最好是前轴承温度高。
主轴箱运转时的噪声：
主轴箱高速动转时不得有杂音、噪升值不得大于75db。
●主轴箱的刚性：
整机在按技术要求进行抗振性削性能实验时，试件不得有明显的振纹。
3.关键装配方法及主要装配要求
主轴组合的动平衡
HT系列全功能数控车床主轴最高转速绝大多数品种为3500转/分，小规格机床可达6000转/分，由于主轴转速高，为了减少整机的振动，主轴组合必须进行动平衡。主轴组合允许的动不平衡量是由主轴组合的重量、主轴的最高转速、主轴的支承位置、机床的精度等级、除重或配重的位置等因素决定，HT系列数控车床允许的动不平衡量一般为1～2克。
HT-360、HT-460、HT-550主轴前支承轴承是由一个双列短圆柱滚子轴承和一组向心推力球轴承组成。
一组向心推力球轴承主要承受轴向负荷，同时承受部分径向负荷，这组轴承都成对购买，轴承出厂前已在轴承制造厂预留好轴承的预紧量，装配时只需锁紧固作用的螺帽即可。
一个双列短圆柱滚子轴承主要承受径向负荷，轴承内外环间有间隙，装配时必须对轴承进行预紧，消除间隙，增强主轴的刚性。此类轴承的预紧有两种方法，轴承生产厂家推荐用计算法，装配现场经常用经验法。轴承生产厂家推荐此类轴承装配后，轴承内外环间消除间隙，留有0-0.003mm的过盈量。因此，不管采用那种方法，都要达到轴承生产厂家推荐的轴承预紧最佳目标值（双列短圆柱滚子轴承的两种预紧方法详见公司的装配工艺）。
双列短圆柱滚子轴承一种预紧方法（计算法）简介：
将轴承装到主轴上，然后将主轴放在如图所示的自制工具上，并用压板将主轴固定，紧固螺母，检轴承径向间隙，使轴承的原始径向间隙消除为止，然后用块规和塞尺测出尺寸b。
注意：检轴承径向间隙时，将千分表测头触及轴承外环，使轴承外环受推力或拉力，百分表读数的差值为径向间隙。
为了保证测出的数值b准确，一定取将轴承预紧到刚刚消除径向间隙的状态数值b，不能在轴承已经预紧使轴承内外环间已有过盈的状态下测b值。
调整调整垫的厚度，轴承的最佳状态为轴承内外环间有0.003mm的过盈，因此
δ=0.003×K（K值根据轴承型号不同取15--19）
例K值取值15 δ=0.003×15=0.045mm
x=b-δx为调整垫的厚度尺寸，
例测得b值为6.5mm则x=b-δ=6.5-0.045=6.455mm
在平磨上磨,档油圈所需厚度(应留有0.015-0.02mm研磨量)两平面的平行度不应0.01mm,然后在平板研磨两平面使两平面的平行度达到0.003mm.，厚度尺寸6.455mm。
主轴后轴承的预紧：
主轴后轴承是一个双列短圆柱滚子轴承，主要承受径向负荷。轴承内外环间也有间隙，装配时也需消除轴承内外环间的间隙，并最好留有0—0.003mm的过盈量。
主轴前后轴承注入润滑脂：
HT系列数控车床主轴转速均较高，最高转速达到3000—6000转/分，因此均采用了NBU15润滑脂润滑。注入润滑脂时，必须在环境干净、密封性好的封闭室或封闭车间进行。轴承注入润滑脂前，必须将轴承用航空汽油清洗干净、晾干。润滑脂注入量必须按有关技术文件的要求严格控制，太多将造成轴承温升高，太少将影响轴承的寿命。一般来说，润滑脂的注入量为轴承空间的1/10。
主轴前后轴承的装配：
主轴轴承的选配法：
轴承生产厂家推荐了轴承内环与主轴的支承外园、轴承外环与箱体轴承孔的最佳配合值，一般应根据轴承内外环尺寸（一般在轴承合格证上标注）、主轴的支承外园和箱体轴承孔的实测尺寸，按轴承生产厂家推荐的最佳配合值，对轴承、主轴、箱体采用选配法进行装配。
主轴轴承的定向装配法：
主轴轴承在出厂前都由生产厂家标注了轴承的高点或低点，在主轴组合时应在主轴的径向标注回转时的高点或低点，采用定向装配法，可以提高装配后的主轴的回转精度。两联或三联的成组轴承应按生产厂家在外环上标注的箭头装配，确保各轴承的位置正确。
主轴轴承的温差法装配：
主轴、轴承、轴成套应尽量采用温差法装配，可获得良好的装配精度。
主轴前支承处法兰盘的装配：应根据实测的前轴承外环到箱体端面的尺寸，配车前法兰盘，使后法兰盘固定到箱体上后，前法兰盘端面与箱体端面有0.02mm的间隙。
主轴前后支承处螺母的紧固：主轴前后支承处螺母一般应按计算或实验两种方法得出的紧固扭矩，用扭矩板手紧固。但目前我公司难以做到，只能用经验法紧固螺母，装配时必须确保螺母紧固可靠。
主要故障及排除方法
1、主轴箱的噪声
主轴箱经高速运转后，在主轴高速运转、主轴启动或停止瞬间，会出现异常杂音，此类杂音一般是由双列短圆柱滚子轴承的滚子与保持架之间不正常的磨擦造成的。
造成杂音的原因较复杂，首先应进行认真判断，判断出杂音源来自前支承处还是后支承处，是轴承造成的还是其它原因。
在做出正确判断后，再进行有目的的检查、检修。若确定杂音源来自轴承，一般情况是由于双列短圆柱子轴承的预紧量过大，需调整双列短圆柱滚子轴承的预紧量。
2、由于主轴箱的原因造成整机进行车槽抗振性车削实验时，试件有振纹。
整机进行车槽抗振性车削时，试件有振纹，当判断是由于主轴箱的原因造成时，一般应调整双列短圆柱滚子轴承的预紧量。
3、主轴的回转精度超差
当出现主轴定心轴径、主轴锥孔轴线径向跳动超差时，一般是由于两个起径向定位作用的双列短圆柱滚子轴承造成的，需对这两个轴承进行重新的调整、装配或更换。
当出现主轴轴向窜动、轴向回动、轴肩端面跳动超差时，一般是由起轴向定位作用的一组向心推力球轴承造成的，需这组轴承进行重新的调整、装配或更换。
若主轴回转精度超差较少时，一般情况下可通过调整锁紧螺母完成。
4、主軸箱前后轴承温升高
由于采用进口脂润滑，HT系列数控车床虽转速较高，但温升较低。若出现主轴箱前后轴承温升高的情况时，一般是由于轴承的预紧量过大或润滑脂注入过量这两个原因。
5、主轴轴承的寿命短
主轴轴承在正常使用的情况下，使用寿命一般为8年。当出现轴承使用寿命过短、早期损坏时，一般是由于轴承的预紧量过大或润滑脂注入量不够、轴承内不清洁有杂质污物等原因造成的。
关键词：主轴箱精度 动平衡 预紧
中图分类号： TG751 文献标识码： A 文章编号：
主轴箱是全功能数控车床最关键功能部件之一，其装配质量的好坏将直接影响整机的质量及可靠性。本文作者根据多年的实践经验，重点介绍了全功能数控车床主轴箱的结构、关键装配方法以及常见故障排除。
1.全功能数控车床主轴箱结构简介
主轴箱在机床的构成装置中为最重要的部件之一。它主要是由主轴箱体、主轴、主轴轴承、主轴轴承用调整螺母、位置编码器及皮带等组成。
主轴通过V型皮带由AC主轴电机直接驱动，由于采用的是强力型AC主轴电机，故主轴有高的输出扭矩。
主轴箱采用前支承由一个双列短圆柱滚子轴承和一组向心推力轴承组成、后支承采用一个双列短圆柱滚子轴承的结构，轴承全部采用进口高精密轴承，进口润滑脂润滑。此结构的主要特点是主轴支承刚性强、转速高、回转精度高、精度保持性好，寿命长、温升低、热变形小。此结构是前支承和后支承同时实现径向定位，前支承实现轴向定位，主轴向后端热伸长，后端轴向浮动，是高速、重载主轴箱的典型结构。
2.主轴箱的主要检验及装配要求
1、主要检验要求
主轴的前后轴承温升：
主轴箱高速运转后主轴前后轴承的温度少于45·C，温升值内控少于15·C，最佳值7·C-10·C，前后轴承的温差值一般应少于5·C，最好是前轴承温度高。
主轴箱运转时的噪声：
主轴箱高速动转时不得有杂音、噪升值不得大于75db。
●主轴箱的刚性：
整机在按技术要求进行抗振性削性能实验时，试件不得有明显的振纹。
3.关键装配方法及主要装配要求
主轴组合的动平衡
HT系列全功能数控车床主轴最高转速绝大多数品种为3500转/分，小规格机床可达6000转/分，由于主轴转速高，为了减少整机的振动，主轴组合必须进行动平衡。主轴组合允许的动不平衡量是由主轴组合的重量、主轴的最高转速、主轴的支承位置、机床的精度等级、除重或配重的位置等因素决定，HT系列数控车床允许的动不平衡量一般为1～2克。
HT-360、HT-460、HT-550主轴前支承轴承是由一个双列短圆柱滚子轴承和一组向心推力球轴承组成。
一组向心推力球轴承主要承受轴向负荷，同时承受部分径向负荷，这组轴承都成对购买，轴承出厂前已在轴承制造厂预留好轴承的预紧量，装配时只需锁紧固作用的螺帽即可。
一个双列短圆柱滚子轴承主要承受径向负荷，轴承内外环间有间隙，装配时必须对轴承进行预紧，消除间隙，增强主轴的刚性。此类轴承的预紧有两种方法，轴承生产厂家推荐用计算法，装配现场经常用经验法。轴承生产厂家推荐此类轴承装配后，轴承内外环间消除间隙，留有0-0.003mm的过盈量。因此，不管采用那种方法，都要达到轴承生产厂家推荐的轴承预紧最佳目标值（双列短圆柱滚子轴承的两种预紧方法详见公司的装配工艺）。
双列短圆柱滚子轴承一种预紧方法（计算法）简介：
将轴承装到主轴上，然后将主轴放在如图所示的自制工具上，并用压板将主轴固定，紧固螺母，检轴承径向间隙，使轴承的原始径向间隙消除为止，然后用块规和塞尺测出尺寸b。
注意：检轴承径向间隙时，将千分表测头触及轴承外环，使轴承外环受推力或拉力，百分表读数的差值为径向间隙。
为了保证测出的数值b准确，一定取将轴承预紧到刚刚消除径向间隙的状态数值b，不能在轴承已经预紧使轴承内外环间已有过盈的状态下测b值。
调整调整垫的厚度，轴承的最佳状态为轴承内外环间有0.003mm的过盈，因此
δ=0.003×K（K值根据轴承型号不同取15--19）
例K值取值15 δ=0.003×15=0.045mm
x=b-δx为调整垫的厚度尺寸，
例测得b值为6.5mm则x=b-δ=6.5-0.045=6.455mm
在平磨上磨,档油圈所需厚度(应留有0.015-0.02mm研磨量)两平面的平行度不应0.01mm,然后在平板研磨两平面使两平面的平行度达到0.003mm.，厚度尺寸6.455mm。
主轴后轴承的预紧：
主轴后轴承是一个双列短圆柱滚子轴承，主要承受径向负荷。轴承内外环间也有间隙，装配时也需消除轴承内外环间的间隙，并最好留有0—0.003mm的过盈量。
主轴前后轴承注入润滑脂：
HT系列数控车床主轴转速均较高，最高转速达到3000—6000转/分，因此均采用了NBU15润滑脂润滑。注入润滑脂时，必须在环境干净、密封性好的封闭室或封闭车间进行。轴承注入润滑脂前，必须将轴承用航空汽油清洗干净、晾干。润滑脂注入量必须按有关技术文件的要求严格控制，太多将造成轴承温升高，太少将影响轴承的寿命。一般来说，润滑脂的注入量为轴承空间的1/10。
主轴前后轴承的装配：
主轴轴承的选配法：
轴承生产厂家推荐了轴承内环与主轴的支承外园、轴承外环与箱体轴承孔的最佳配合值，一般应根据轴承内外环尺寸（一般在轴承合格证上标注）、主轴的支承外园和箱体轴承孔的实测尺寸，按轴承生产厂家推荐的最佳配合值，对轴承、主轴、箱体采用选配法进行装配。
主轴轴承的定向装配法：
主轴轴承在出厂前都由生产厂家标注了轴承的高点或低点，在主轴组合时应在主轴的径向标注回转时的高点或低点，采用定向装配法，可以提高装配后的主轴的回转精度。两联或三联的成组轴承应按生产厂家在外环上标注的箭头装配，确保各轴承的位置正确。
主轴轴承的温差法装配：
主轴、轴承、轴成套应尽量采用温差法装配，可获得良好的装配精度。
主轴前支承处法兰盘的装配：应根据实测的前轴承外环到箱体端面的尺寸，配车前法兰盘，使后法兰盘固定到箱体上后，前法兰盘端面与箱体端面有0.02mm的间隙。
主轴前后支承处螺母的紧固：主轴前后支承处螺母一般应按计算或实验两种方法得出的紧固扭矩，用扭矩板手紧固。但目前我公司难以做到，只能用经验法紧固螺母，装配时必须确保螺母紧固可靠。
主要故障及排除方法
1、主轴箱的噪声
主轴箱经高速运转后，在主轴高速运转、主轴启动或停止瞬间，会出现异常杂音，此类杂音一般是由双列短圆柱滚子轴承的滚子与保持架之间不正常的磨擦造成的。
造成杂音的原因较复杂，首先应进行认真判断，判断出杂音源来自前支承处还是后支承处，是轴承造成的还是其它原因。
在做出正确判断后，再进行有目的的检查、检修。若确定杂音源来自轴承，一般情况是由于双列短圆柱子轴承的预紧量过大，需调整双列短圆柱滚子轴承的预紧量。
2、由于主轴箱的原因造成整机进行车槽抗振性车削实验时，试件有振纹。
整机进行车槽抗振性车削时，试件有振纹，当判断是由于主轴箱的原因造成时，一般应调整双列短圆柱滚子轴承的预紧量。
3、主轴的回转精度超差
当出现主轴定心轴径、主轴锥孔轴线径向跳动超差时，一般是由于两个起径向定位作用的双列短圆柱滚子轴承造成的，需对这两个轴承进行重新的调整、装配或更换。
当出现主轴轴向窜动、轴向回动、轴肩端面跳动超差时，一般是由起轴向定位作用的一组向心推力球轴承造成的，需这组轴承进行重新的调整、装配或更换。
若主轴回转精度超差较少时，一般情况下可通过调整锁紧螺母完成。
4、主軸箱前后轴承温升高
由于采用进口脂润滑，HT系列数控车床虽转速较高，但温升较低。若出现主轴箱前后轴承温升高的情况时，一般是由于轴承的预紧量过大或润滑脂注入过量这两个原因。
5、主轴轴承的寿命短
主轴轴承在正常使用的情况下，使用寿命一般为8年。当出现轴承使用寿命过短、早期损坏时，一般是由于轴承的预紧量过大或润滑脂注入量不够、轴承内不清洁有杂质污物等原因造成的。