机床主轴箱精密装配及工艺分析

刘相敬

海纳川滨州轻量化汽车部件有限公司

摘要：本文主要介绍影响活塞加工机床精度的关键部件主轴箱，是如何精密装配来保证其精度，对主轴箱各部件结构性能及工艺分析，对主轴箱各关键部件进行精密测量和装配，以达到最佳效果，特别是对轴承正确使用，以及对圆柱滚子轴承通过测量和计算来调整径向间隙，进一步提高了轴承的工作精度。

关键字: 主轴箱  工艺  轴承  精密装配

前言

机床设备更新换代速度加快，对机械零件的加工精度和表面质量的要求也越来越高。在高精度加工机床中主轴箱是最关键的部件之一，主轴箱的装配精度的高低将直接影响到整个加工机床的加工性能，如何提高主轴箱的装配精度延长主轴箱的使用寿命，是摆在机械加工行业的关键问题。

一、主轴箱各组成部件性能及工艺分析

主轴箱部件主要有箱体、主轴、前后轴承及皮带轮等部分组成，我厂80%的活塞加工机床都是采用这种主轴箱结构，只有采取更先进的精密装配工艺才能制造出高精度活塞加工机床主轴箱。

1.箱体在主轴箱中起支承和定位作用。以前一般采用镗床加工轴承室孔，由于镗床加工精度局限性，加工各项技术要求都容易超差，并且同轴度在0.03-0.05mm，在安装主轴轴承时，不仅使轴的装配困难，且使轴的运转情况恶化，轴承的磨损加剧，温升增高，影响机床旋转加工精度。现采用前后箱体孔安装轴套的方法来消除以上不足，前后轴套外圆和内孔是用外圆磨床来加工完成，由于磨床的加工精度比镗床的加工精度高得多，各项加工精度都能够保证。前后轴套安装在箱体内的同轴度可以用调整和找正后轴套来实现前后轴套同轴

2.主轴是主轴箱部件中最关键的零件，是用来支持旋转零件并通过轴来传递运动和扭矩。主轴前端内孔有精密的莫氏锥孔，供安装顶尖或检验棒用。主轴的加工工艺路线：毛坯（模锻）→热处理→车削外圆→铣键槽→氮化处理→磨削。在主轴磨削加工时，采用主轴两端镶堵打中心孔，磨床用两中心孔定位装夹。

3.轴承是主轴箱部件中起旋转支承的重要零件，合理选择轴承类型和轴承组合配置方式对整个主轴箱精度起关键作用。轴因长期旋转受热膨胀轴承不会因此承受过大额外负荷，所以在浮动端只需要安装圆柱滚子轴承就可以了。圆柱滚子轴承是内外圈分离结构，便于安装和拆卸，并且内孔是圆锥形孔，安装在主轴上相应位置也是圆锥形轴，通过调节轴承在主轴上轴向位移使轴承内孔膨胀，就能缩小轴承的径向游隙，来提高轴承的旋转刚性。圆柱滚子轴承在主轴上轴向位移量的多少，是用隔垫来保证其安装位置，隔垫过厚轴承内孔膨胀小，不能完全消除轴承的径向游隙，轴承的旋转精度太低，切削加工也容易产生噪声。如果隔垫过薄，轴承的轴向位移大，轴承内圈膨胀也大，虽能提高轴承刚性，但轴承摩擦过大，容易发热，滚动体与滚道之间加剧磨损，直接影响轴承的使用寿命。

轴承采用定向装配法：将主轴放置在V型块上，在主轴端锥孔内插入检验棒，转动主轴测量检验棒上径向跳动高点，应在主轴轴颈的相反方向上标注记号，此点就是外圆相对于轴线径向跳动高点。轴承室的径向跳动高点需在外圆磨床上测量并标注，轴承的内外圈的径向跳动高点，在轴承出厂时已在轴承的内外圈上做好标记。

二、主轴箱的精密装配工艺

精密装配主轴箱工艺流程：装配前准备→主轴箱各组件及整体装配→主轴箱各项精度检测→主轴箱试运转→主轴箱动平衡→主轴箱试件加工。

㈠装配前的准备

箱体加工完成后，清除内腔的铸造残砂，箱体里外涂刷防锈漆，清理干净前后箱体孔，测量尺寸是否合格，安装轴套到位。并将轴套径向跳动高点标注清楚。

㈡主轴箱各组件及整体装配

主轴箱装配应在恒温无尘的室内进行，以免引起各种误差，这样既可以保证各个零部件的尺寸精度和装配时的配合精度。

1.将轴套内孔擦试干净先测量出轴套深度a，再测量出前端轴承组的总厚度b，前端盖止口必须压紧轴承外圈以免引起轴向窜动，前端盖止口压紧轴承外圈一般是0.03mm过盈。计算出前端盖止口深度就是b-a+0.03mm。为保证前端盖与主轴之间不发生摩擦影响精度，应保证间隙0.30mm以上。

2.前后两个圆柱滚子轴承调整径向间隙用隔垫厚度的多少将直接影响到主轴箱的旋转精度，如何精密测量和计算步骤如下：

⑴先用内径千分表测量出轴承外圈的内孔尺寸，再将轴承外圈轻轻压入到轴承室内用内径千分表测量出内孔尺寸。两组尺寸的差值就是轴承外圈在轴承室内的收缩量为c。

（2）当测量到千分表变化值为0.005mm时，用标准量块或塞尺测出轴承内圈端面与主轴轴肩的距离为d，根据轴承厂家提供的数据，轴承在主轴上的膨胀比是1：15，即轴承内圈膨胀1um，则轴承需在主轴上位移15um。以及轴承安装后径向游隙为负间隙0.002mm。隔垫的厚度e=d-(0.005-c+0.002)×15，用磨床将隔垫厚度加工到尺寸。

４.将主轴轴承单元组合用压力机均匀压入箱体。并注意轴承外圈径向跳动高点与轴套内孔径向跳动高点的相反位置重合安装。在压入时并时刻注意主轴是否歪斜。主轴压到位时，将前端盖用螺栓均匀固定。

5.将主轴箱翻转固定好，用杠杆百分表固定在主轴上，用表触头指向后轴套内孔外圆。通过调整后轴套偏移，使主轴相对于轴套的同轴度在0.008mm以内。安装定位销来保证轴套定位精度，以保证轴套在使用过程中不会发生偏移，再将后端圆柱滚子轴承和隔圈固定在主轴上。

6．安装好平键、皮带轮、用锁紧螺母固定，主轴箱就此装配完成。

（三）主轴箱各项精度检测

主轴箱安装后，用手轻轻转动无沉点、无摩擦音。用百分表固定在主轴箱上测量主轴的径向跳动，需在0.01mm以内，轴向窜动在0.01以内。

（四）主轴箱的试运转

    将主轴箱固定在机床上，通电控制主轴空载低速运转48小时以上，转速需要逐步提高，并用温度测量仪检测箱体外围及前端盖温度变化。温度变化应在主轴开始运转时，温度逐步上升，随着长时间运转，温度应逐渐回落后稳定在50℃左右为最佳。并注意主轴转速的提高时是否有振动和噪声。

（五）主轴箱整体动平衡

主轴箱装配完成后主轴上的各旋转件，由于材质不均匀，加工或装配产生的误差。对主轴箱进行动平衡测试，通过对主轴进行加减配重来进行平衡，使主轴平衡达到规定的精度等级。

（六）主轴箱试件加工

在主轴上安装所需要加工活塞型号的工装、刀具，对活塞进行精车止口、精车环槽，精车燃烧室等工序加工，使加工出的活塞尺寸精度完全符合活塞图纸工艺要求。

结论：通过对加工机床主轴箱的精密装配以及工艺的改进，提高了我厂在加工机床主轴箱部件的装配质量，也提高整个机床的精度，主要表现在加工出的活塞完全符合技术要求，主轴箱的噪声及温升也在合理范围之内，轴承的使用寿命明显增长，由原来大约每半年更换一次到现在大约使用3-4年更换一次。为企业节省了财力，创造更大的经济效益

参考文献：

（1）赵元吉主编  机械制造工艺学  机械工业出版社  1989.11

（2）何元庚主编  机械原理与机械零件 高等教育出版社 1990.1

（3）曹玉榜主编 机床主轴箱的设计指导 机械工业出版社 1987.5

（4）唐金松主编 简明机械设计手册 上海科技技术出版社1992.6

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