高速精密軸系主要質量特性及故障分析？

一、前言

軸系是機械切割加工中不可缺少的核心部件，隨著機械工業的不斷發展。高速、高精度、低噪聲、長壽命是機械發展的必然趨勢。為了使軸系能滿足如上要求，必須對它的主要質量特性作出規定和控制。

二、高速精密軸系的主要質量特性

1、極限轉速和工作轉速的高低是切割效率和切削表面質量的基礎，主軸轉速越高，切削效率越高;主軸轉速越高，切削表面越光潔。

2、主軸旋轉精度：加工出來的零件的精度完全取決于主軸的旋轉精度。

3、軸系軸向和徑向剛性：軸系剛性不足，不但影響零件的精度，還會產生振紋和嘯叫聲。

4、軸系振動和噪聲

振動噪聲過大一是影響加工零件的質量，同時對環境造成污染。

5、壽命

軸系壽命長短，直接影響產品的成本，特別是提高了維修和更換主軸造成的損失。

三、高速軸系在裝配調試過程中經常出現的故障及主要原因分析

軸系主要由軸承、軸、軸殼(軸承箱)、隔套或預緊彈性元件等組成。如果是電主軸還應包括錠子和轉子，機械軸還應包括機械驅動裝置。完整的軸系是由轉配工人將按一定程序進行組裝調試完成的。因此，軸系最終的產品質量是由人、機、料、法、環決定。現將常見的故障模式進行概括分析。

1、軸承運轉中溫升過高

軸承運轉過程中，由于有滾動體與滾道之間的滾動摩擦，保持架與兜孔及引導面之間的滑動摩擦及運動件和潤滑脂的攪拌等都會產生大量的熱量，而使軸承溫度升高，這是客觀存在的。一般說來，普通軸承鋼可生產的軸承，溫升不超過40攝氏度，軸系可正常工作。但是，為了軸系的精度保持性和軸承壽命，希望溫升越低越好。軸承溫升與下列因素有關：

1.1 轉速越高，溫升越高;

1.2 與潤滑方式有關，油氣潤滑、油霧潤滑比油脂潤滑溫升低。

1.3 與基礎油粘度有關：粘稠度越小，溫升越低。

1.4 與填脂量有關：填脂量越多，溫升越?低?。因此填脂量要按標本推薦值填加。

1.5 與預緊力有關：預緊力越大，溫升越高。

1.6 與外部環境和冷卻有關：如果靠保溫環境自然冷卻，環境溫度越高，軸承溫升越高。如果滿足不了工作要求，那么必須加上強制的油冷或水冷。

1.7 與軸承內部結構有關：滾動體引導的保持架比內引導或外引導的保持架溫升低。引導間隙大的比間隙小的溫升低。同樣外形尺寸的軸承，滾動體小的比滾動體大的溫升低。

2、軸系的振動及異音

2.1 軸承本身的振動和異音

軸承出廠前對振動和異音均經過嚴格檢驗，因此，軸承在安裝前一般都是符合技術要求的。如果裝入主軸內出現異常振動和異音，大部分都是因為裝配不當造成。

2.2 裝配不當有下列幾種原因：

1、沒有合適的裝配工具，裝配過程中將滾道、滾動體弄傷，造成異常振動和異音。

2、軸和軸承內徑配合過盈量過大使軸承內圈滾圓度變差，軸系振動隨之變大。為了避免安裝出現的不合理造成異常振動和噪聲，建議使用合理的裝卸工具，特別建議使用熱裝工具為宜。軸和軸承內徑配合過盈量，建議按內徑大小選取。

軸承內徑Φ10-18mm，過盈量控制在0–0.002mm，

軸承內徑Φ18-50mm，過盈量控制在0-0.0025mm，

軸承內徑Φ50-80mm，過盈量控制在0-0.003mm，

軸承內徑Φ80-180mm，過盈量控制在0-0.004mm，

軸承內徑Φ180-250mm，過盈量控制在0-0.005mm。

2.3 填脂量過多首先引起溫升過高，溫升過高后軸系的振動和聲音也會急劇變大。

2.4 配對軸承預緊力過大同樣引起溫度變化，振動和異音也隨之變大。

2.5 軸承內徑和端面定位不可靠也會引起異常振動和異常響聲，如馬蹄聲。這種定位不可靠有兩種情況，一種是軸肩外徑尺寸過小，軸肩進入軸承內孔倒角中。另一種情況，軸在加工中軸肩磨削成圓錐狀而使定位不可靠。

2.6 電主軸本身由于錠子、轉子工藝不合理，以及電源本身三相不平衡，電源頻率的波動以及錠子和轉子的不匹配，可能會出現不均勻的“嗡嗡”聲。

3、軸系徑向剛度和軸向剛度未達到設計要求的原因

3.1 軸承選型不合適：

影響軸承剛度的主要因素是，在軸承外形尺寸確定以后，根據所要求的剛度大小，可選擇不同的滾動體，不同的接觸角，不同的預緊力。

3.2 裝配時不注意配合的選擇，也會造成剛度的變化。比如：配對軸承根據剛度要求選擇了合適的預緊力，但由于安裝軸承時，配合過盈量選擇不合理，將會影響軸承游隙的變化，游隙的變化又會影響預緊力變化，最終影響軸系的剛度。

3.3 軸系的溫升變化也會影響軸系的剛度，因為軸系溫度升高是不均勻的，軸和軸殼溫升不同也會造成軸承預緊力的變化，最終影響軸系剛度。

4、軸系壽命達不到預期壽命的原因

4.1 軸承選型不合理，這種情況比較普遍，由于高速軸承外形尺寸一樣，內部結構不一樣，如球的大小以及單擋邊和雙擋邊等動負荷容量是完全一樣的，可以選型時一定注意。

選型的基本原則是：

首先，選速度。當速度能達到要求時，一定選動負荷容量最大的那個型號最為合理。

4.2 軸承壽命長短與材質有很大關系，與特殊的表面處理工藝等都有關系。用戶可根據不同的軸系壽命選擇不同的材質和工藝，但同時也要考慮性價比，做到物盡其用。

4.3 合理的裝配工藝和軸系參數的選擇對軸系壽命的影響也不可忽視。如預緊力的選擇，預緊力過大，軸系的剛性固然好，但過大的預緊力其壽命也會降低。

以上是對軸承故障的粗略分析，具體的情況還得視情形而定。總之，要想軸系質量有保證，除了軸承質量精密職務，軸、軸殼的加工以及裝配的調整，軸系的磨合也至關重要，以上諸多因素缺一不可。