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根据精密机床主轴轴承多次出现失效的现象，对主轴组件结构设计和轴承安装方法进行分析，找出了轴承失效的原因，并提出了精密机床主轴轴承安装和调整过程中应注意的事项。
1 问题的提出
某机床厂的精密数控车床主轴使用的是精密三联角接触球轴承。在整机装配后进行试车时发现个别机床噪声偏高，因而断定主轴轴承有问题，进而要求更换甚至退货。轴承厂对用户认定有质量问题的轴承进行了全面复检，检查结果表明，装配过的轴承其内圈内孔和外圈外径表面沿轴向均有严重的拉伤现象，轴承拆套后在放大镜下观察更是发现套圈沟道接触区有明显的挤压痕迹，其中靠近主轴后端的那套 轴承，失效现象最严重。
针对上述问题，为搞清楚轴承失效的真正原因，轴承厂派相关技术人员到该机床厂，对使用轴承的机床主轴组件结构、轴承配合情况、安装方法以及安装、调试过程进行了详细地了解。主轴的额定转速为 2 500 r/min，前后轴承均采用脂润滑。主轴前支承为固定支承，选用精密三联角接触球轴承。其中轴承 A 和 轴承 B 之间设有等宽的内隔套和外隔套。轴承内圈与主轴之间采用过盈配合，配合目标过盈量为 2～6μm。为了提高机床的切削刚性，机床主轴前支承与轴承座之间也采用过盈配合，配合目标过盈量为 2～6μm。 后支承为游动支承，为降低成本，该机床选用了 2套 6214深沟球轴承作为后支承。为增强后支承的刚性，后轴承内圈与主轴、外圈与轴承座之 间均采用过盈配合。轴承在装配时对拆封的轴承没有经过清洗就直接注入润滑脂，且填脂量凭操作者的经验或感觉控制。轴承在装配过程中靠手锤敲击装入主轴和座体，到位后一次拧紧螺母和端盖。
通过对该机床主轴组件结构设计和主轴轴承安装方法的了解，发现该机床厂在精密主轴轴承 的使用方面存在一些问题。下面就精密机床主轴轴承的合理应用作一介绍。
2 主轴组件结构及安装方法分析
（1）结构设计分析
<1> 轴承配合选择
机床 (例如车床) 主轴轴承在工作时基本上都是内圈旋转、外圈相对固定不动，且主轴承受载荷多为定向载荷。因此，为了提高轴承的刚性，防止轴承在工作期间因摩擦发热而引起内圈膨胀，导致内圈与主轴之间产生相对转动现象，精密机床主轴轴承内圈与主轴之间一般选择过盈配合。 另外，为了使轴承外圈沟道不只在某一局部受力，允许轴承外圈在轴承座内出现蠕动现象，以尽可能地延长轴承的使用寿命。
同时，为防止轴承外 圈因热膨胀引起与轴承座之间的过紧现象，引起 轴承预紧增加，导致摩擦发热加剧，故轴承外圈与 轴承座之间一般选择间隙配合。 该机床厂将轴承外圈与轴承座的配合选择过 盈配合是不合适的，虽然，过盈配合可以增加主轴组件的刚性，但容易导致轴承预载荷加大，进而使 轴承摩擦发热加剧，噪声升高，轴承的使用寿命降低。因此，建议作为固定端前支承的精密三联角接触球轴承与轴承座的配合 改为间隙配合，配合目标间隙值取 3～8μm。该轴承与主轴的配合采用过盈配合，配合目标过盈 量取 0～4μm。
<2> 支承选择
该机床主轴后支承作为游动端，原设计为 2 套 6214深沟球轴承组合，由于深沟球轴承在装配 后一般都具有径向和轴向游隙，轴承工作时钢球 的运转状态不平稳，因此，高速精密机床主轴支承 一般不选用深沟球轴承。建议该机床后支承改为 常用的 2 套背靠背角接触球轴承。故将 2 套 6214深沟球轴承用与其有相同外形尺寸的双联角接触球轴承替代。因为该机床 主轴工作转速只有 2 500 r/min，后支承主要承受 径向载荷，因此可选中等预载的组配轴承。另外，后支承与主轴选过盈配合，配合目标过盈量取 0 ～3μm。与轴承座之间为间隙配合，配合目标间 隙值取 9～15μm。
（2）轴承装配方法和安装过程分析
<1> 润滑脂的注入
为防止轴承锈蚀，轴承在出厂包装时都要涂 一层薄薄的防锈油。当轴承进行安装时，应当用 清洗剂对轴承进行清洗，待清洗干净的轴承完全 干燥后再进行后续操作。尤其是当轴承采用脂润 滑时更应注意，若轴承不进行清洗就直接填加润 滑脂，则润滑脂有可能受到防锈油的阻隔而不能 直接粘附在轴承沟道表面，再加上与防锈油的不 相容，一旦轴承高速旋转，润滑脂很容易被甩出 去，产生润滑不良甚至干摩擦现象。因此，精密轴 承在装配前应首先用高品质的清洗剂 (如 90 # 以 上，最好是 120 # 的白汽油)清洗，待轴承完全干燥 后再填加适量的润滑脂。 对于脂润滑轴承，如果润滑脂选用不当，注脂 量或注脂方法不当，均会影响轴承的工作状态，进 而影响其使用寿命。建议选用德国 KLUBER公 司的 NUB15 高速精密轴承润滑脂，单套 7017 AC/ P4和单套 7214 C/ P4轴承的填脂量分别取 8. 7 cm 3 和 9. 7 cm 3 ，操作时可选用合适的注射器 将定量的润滑脂直接均布注入到轴承沟道，并轻 轻转动轴承使润滑脂均匀分布。
<2> 轴承安装
将轴承装到主轴上常用的方法有:用手锤及 套筒的敲击法;用压力装置的压入法;利用加热套 圈的热装法以及在配合面间注入压力油的油压 法。无论采用何种安装方法，一个原则就是，在精 密轴承的整个安装过程中，绝不可使轴承的钢球 受力。 钢球与套圈沟道之间为点接触，当轴承承受 冲击载荷时容易引起套圈沟道接触变形，出现压 痕、凹坑等现象，从而导致轴承高速旋转时出现振动大、噪声高等不良状况。因此，精密机床主轴轴承的安装应尽量避免利用手锤及套筒的敲击法。 分析该机床轴承的安装过程，当前支承装入 主轴以及轴承座时，由于所选配合均为过盈配合，必须要施加一定的力才能使轴承到位，而且所施 加的载荷不可能太小，因此，难免要进行重力敲击。这样，势必引起轴承钢球与套圈之间的撞击。
另外，根据该机床原有的安装过程，当后支承装入主轴时，主轴与前支承已经装入前轴承座，这时敲 击力通过主轴传递到前支承，由图 1可看出，敲击 力必然通过轴承 A 的钢球传递，因此其沟道很容 易损伤。 相比而言，利用加热套圈的热装法具有操作 简便、快捷、不损伤轴承表面，而且又不污染环境 等优点，是目前精密机床主轴轴承安装中最常用 的方法。 建议尽量采用热装法，最好采用电磁感应加 热器，即将轴承内圈加热膨胀，使其能轻易地套入 主轴，当轴承冷却以后即可固紧在主轴上，最后还 要利用螺母或其他适宜的方法消除轴承与轴肩的 轴向间隙。
<3> 定向装配
为保证主轴组件回转精度，在精密轴承安装 时尽可能采用定向选配的安装方法，即在每套轴承装入主轴时，均要调整内圈的周向位置，使轴承 内圈径向跳动最高点 (该点一般都标记在轴承内 圈端面上) 与主轴轴颈跳动的最高点相对安装，以使误差相互抵消。组配轴承的外圈外表面均有 一“V”形角线，在装配时，要求将成组轴承的外表面角线对齐后再装入轴承座。
<4> 锁紧力的控制
对应不同的预载荷，轴承锁紧螺母所施加的 锁紧力应根据实际工况，并经过试验确定。有条 件的话可以利用力矩扳手控制锁紧力的大小。在装配中，有时轴承装入主轴时可能由于轴承内径 膨胀量不够，导致内圈与主轴轴颈之间存在摩擦阻力，结果使轴承不能完全靠紧轴肩。为了消除 或降低轴承在装配过程中零件定位阻力的影响，建议锁紧螺母时，首先以正常锁紧力矩 2至 3倍 的力矩锁紧螺母，然后松开螺母，最后再以正常锁 紧力矩锁紧螺母并固紧。
<5> 端盖间隙的控制
轴承外圈大都通过压紧端盖用螺栓定位在轴 承孔内，如果螺栓的固紧力过大或者端盖受力不 均，轴承外圈沟道就会产生变形，故必须控制螺栓 的拧紧力。另外，为了保证轴承外圈的正确定位，防止出现端盖压不住轴承外圈的现象，对固定端 还要控制压紧端盖与轴承座端面的轴向预紧间 隙。建议压紧端盖与轴承座端面的轴向预紧间隙 控制在 10～40μm范围内。
<6> 相关配件精度的要求
成组轴承中若设置内外隔套,则要求内隔套或 外隔套两端的平行度以及二者宽度之差不超过 3 μm,最好的方法就是同时修磨内外隔套。另外，与 精密轴承相关的配件如锁紧螺母、隔垫、带轮等，其 配合端面对轴线的垂直度也不能超过 3μm。
3 结束语
根据轴承厂建议，该机床厂结合自身的实际情况对所出现的问题进行了尽可能地改进。经过一段时间的检验，效果十分明显，轴承以及主轴组件的一次装配合格率大大提高。
总之，精密机床主轴轴承作为精密零部件，在安装和调整过程中，对不适当的操作特别敏感，只有正确的安装和调整才能获得令人满意的性能。如果安装方法不合适，就可能损伤轴承并破坏轴承的精度，从而引起噪声加大，振动加剧，轴承的使用寿命降低。