机床附件头角接触轴承的维修调整
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[摘要] 成组角接触轴承经常使用在精密回转轴上，比如机床的主轴或附件头内，当机床使用超出一定年限或由于其它原因引起轴承磨损后，其回转精度就会下降，造成被加工产品尺寸超差或表面质量不合格。这里介绍一种用手感知角接触轴承的间隙，用环形垫圈调节轴承预紧的方法，恢复机床附件的回转精度。
[关键词] 角接触轴承 附件维修 轴承调整
1．附件头当前工作状态
公司于二零零九年购进的一台落地式镗床，虽然只使用了两年，但主轴旋转时，附件头内有明显的沙沙声。用300毫米长“检棒”检查主轴跳动，跳动度竟然有0.25毫米之多。精铣平面时，被加工产品的表面留有明显的刀纹，表面粗糙度不能达到加工要求；精镗削φ220h7毫米孔，加工量0.5毫米，加工后孔内表面粗超度6.3以上，尺寸超差0.05毫米。这种种迹象表明，附件的主轴轴承已经出现问题，附件自身的精度已经不能再满足加工需求，决定对该附件进行检查维修。
2．附件头结构分析
按照机床制造商提供的维修装配图，拆解附件头，抽出附件头的套筒，心轴和套筒的结构如图1所示：
图1套筒和心轴的装配图
轴承abd为英国原装成对角接触轴承，轴承厂家按规定的预加载荷调整，成对成组制造出厂，用户不需要调整即可安装使用，三套轴承外圈整体标记有符号“∨”，用来指示其安装方向和安装顺序。为使轴承能承受更高的轴向载荷，轴承ab的接触角被选为25度，而且两轴承串联配对安装，其载荷线平行，当机床加工时，两轴承共同分担心轴承受的径向载荷和轴向载荷；轴承d相对轴承ab背靠背安装，对轴承ab施加预加载荷，平衡心轴所受到的轴向力，限制心轴的轴向位移；c为轴承内外隔圈，通过调整内外隔圈的厚度差，改变轴承的预紧量。
轴承ef也为成对角接触轴承，二者背靠背安装，其载荷线轴向分开。可承受作用于两个方向上的轴向载荷，但每个方向上的载荷只能由一个轴承承受。这种配对方式是一种刚性相对较高的轴承配置方式，可承受倾覆力矩，在精密回转轴上经常使用。这里ef的主要作用是确定主轴回转中心，使心轴获得更高的回转精度。轴承不承受径向载荷，所以轴承的接触角选得比较小，为15度。
用千分尺检查内外隔圈c的厚度，发现其厚度差为零，这是由于轴承abd为成组角接触轴承，其安装后的预紧量为轴承生产商在出厂时指定预紧量。
在套筒拆下后，将其平放，手动旋转心轴，发现轴承的“沙沙”声更加明显，可以听到轴承滚子同轴承内外圈脱离的声音；仔细观察轴承，轴承外圈已经变黑，并有明显锈蚀的痕迹，轴承内有残余的切削液，脂已经乳化，滚子支架残留的脂上粘有细小的铁屑，因此可以断定轴承已经进水；参考图1中所示结构，将套筒与心轴分开，然后锥孔向下将心轴树起放在操作台上，用双手扣住轴承abd的外圈和外隔圈c，将其向上提起，可以感觉到轴承外圈在沿心轴轴线方向上有轻微的串动，用手推动轴承外隔圈，外隔圈可以随意自由移动，没有被压实，因此角接触轴承没有被预紧。
再检查圆螺母，圆螺母没有任何的松动，轴承的内圈是紧实的。所以断定附件头的问题在于，轴承进水后轴承失效，继续使用一段时间后，轴承磨损严重，使角接触轴承失去预紧，导致附件的心轴回转精度下降。当附件头在加工过程中受到翻转力矩时，心轴摆幅加大，直接影响到加工零件的加工表面质量。
用热风枪将轴承快速烤热，按照图1中的安装顺序取下轴承。仔细清洗拆解后轴承，清除残余脂和切削液残留物，用细砂纸和除锈剂去除轴承毛刺和铁锈，然后仔细检查轴承的内圈外圈，和每一滚子。虽然轴承已经磨损，但各部分却没有任何的伤痕。考虑到附件头轴承为英国进口原装轴承，采购费用很高，而且轴承的订货、邮寄时间很长，会影响到生产进度，因此打算对这五套轴承的间隙重新检测调整，再次利用。
4．角接触轴承间隙的检查与调整
角接触轴承预紧的调整一般通过研磨隔圈，改变轴承内外隔圈的厚度差来实现，考虑到应避免在新轴承到来后对还须对隔圈重新研磨，不对原有隔圈做研磨处理，只在轴承与隔圈之间或轴承与轴承之间添加环形垫圈消除轴承间隙。
角接触轴承的调整首先要确定角接触轴承的间隙。间隙的测量有两种方法：1，测量法调整，这种方法较精确，需专业的设备测算，而且操作繁琐。因此只在专用厂家使用，在设备维修中，由于条件不具备，维修人员很少用；2，手动感觉方式调整，这种方法不需要测量仪器，只凭维修人员的实践经验来感知轴承内外圈预紧程度，确定内外隔圈的厚度差或者确定所添加薄片的厚度，这种方法在设备实际维修中应用的比较广。
轴承的预紧程度取决于其承受的负荷和工作温度。外界条件有差异，轴承的预紧程度在也会随之有不同的变化。过重的预紧会造成轴承的磨损，过大的预留间隙会降低心轴的回转精度，作为维修人员，检测调整过程要仔细认真，处理好二者的矛盾。
这里采用的是第二种方法，具体步骤如下：
（1）准备检测和调整过程所用的工具和耗材，主要有塞尺、圆规、剪刀、细砂纸、千分尺、丙酮、除锈剂和不同厚度等级的铜皮。
（2）首先，用丙酮将铜皮清洗干净，然后把铜皮在桌面上铺平，用胶带粘牢。测量轴承外圈内外边缘尺寸，用圆规在铜皮上划圆，用剪刀剪下，做成环形垫片。主轴的回转精度要求很高，所以对轴承内外隔圈的平面度和平行度的要求也很高，所以划圆时应避开铜皮上的褶皱，并且剪刀应锋利，垫片边缘不留任何毛刺。用千分尺检查环形垫圈各处厚度，选用厚度均匀环形垫圈。铜皮有多个厚度等级，可以做一系列环形垫圈备用。
（3）用千分尺检查图1中轴承内外隔圈c的厚度，发现轴承内外隔圈的厚度差为零（轴承abd为成对角接触轴承，这种轴承是轴承厂家按规定预加载荷成对成组制造出厂，用户不需要调整即可安装使用，所以其内外隔圈厚度相同），为避免测量过程中，多零件叠加造成测量结果的累计误差加大，在检查调整轴承预紧时，暂时不考虑其存在。再次清洗轴承，特别注意用细砂纸、除锈剂去除轴承内外圈侧面的毛刺和铁锈，加工制作支撑环1、2，并选用角接触轴承x，将轴承bd按照图2中的顺序摆放，如图中所示。
（4）轴承db外圈之间不垫入任何环形垫圈，用手向下按住轴承b内圈，意在消除轴承bd外圈之间的间隙，缓慢转动内圈，另一只手食指触摸轴承d内圈，感觉轴承d内圈随轴承b内圈的转动情况，会发现两轴承内圈接触紧实，说明两轴承之间有间隙，需要在两轴承外圈之间垫环形垫圈进行调整；
（5）同样的方法，在轴承db外圈之间垫入环形垫圈。如果两轴承内圈接触紧实，说明垫入的环形垫圈厚度不足，需要增加垫圈厚度进行调整；如果轴承d的内圈不随轴承b内圈的转动而转动，说明所垫环形垫圈过厚，需要减少在两轴承外圈之间环形垫圈的厚度；
（6）分多次操作，使得当按住轴承b内圈转动时，轴承b的内圈刚好能借助两轴承内圈端面之间的摩擦力，带动轴承d内圈转动，则轴承的间隙被调整到最佳状态。最后得到轴承bd之间所垫环形垫圈的厚度总和为0.13毫米。
（7）轴承bd之间垫片厚度确定好后，再按图3中的顺序，将轴承a放到轴承b上，以同样的方法，确定轴承ab外圈之间应该垫环形垫圈的厚度。最后得到轴承ab之间所垫环形垫圈的厚度总和为0.05毫米。
（8）调整垫片的厚度被确定后，将轴承用热风枪烤热，按照图1中的安装顺序，将轴承abd、隔圈c与心轴重新组装到一起。安装的过程中禁止捶击，防止损伤轴的安装表面，或者砸伤轴承。附件主轴一般中载工作，速度在800至1500转/分钟范围，而且附件采用循环冷却油冷却，轴承的工作温度在20度左右，因此，轴承内填充的脂选用复合锂基脂。
（9）仔细检新组装后的轴承组，轴承外隔圈安装紧实，但可以移动，说明轴承预紧趋于合理。用手盘动轴承，转动过程中会感到个别位置较其它位置沉，是由于原轴承磨损不均与所至，但并不影响使用。
（10）附件头轴承调节好后，还要考虑处理造成轴承磨损的根本问题。清洗附件头前端迷宫圈，清理空气帘出气孔，保证空气帘出气通畅；处理好主机同附件内冷水连接处的密封，防止加工过程中，切削液再次进入轴承。
（11）将所有部件准备好之后，按照机床维修用图，将附件头重新装配。
5．结束语
调整后的附件头在主轴转速1000转/分、进给率450毫米/分、全新φ150毫米刀盘、加工量1.5毫米的条件下首次使用，精铣平面，被加工表面粗糙度能达到3.2，完全能满足加工零件的表面要求。待使用两个星期后，轴承性能趋于稳定时，用300毫米长“检棒”检查主轴跳动，径向跳动度仅为0.055毫米。事实表明，用这种低成本的调整方法使附件头的性能大大提升。