机床主轴轴承精度的分析探索
装备制造业是为国民经济发展和国防建设提供技术装备的基础性产业，大力振兴装备制造业，是党的十六大提出的一项重要任务，是树立和落实科学发展观，走新型工业化道路，实现国民经济可持续发展的战略举措。在装备制造业中，发展大型、精密、高速数控装备和数控系统及功能部件，改变大型、高精度数控装备大部分依赖进口的现状，满足机械、航空航天等工业发展的需要，是其中一项重要目标。机床作为装备制造业的基础，其制造技术水平的高低决定了一个国家装备制造业的技术水平，而机床主轴轴承精度是影响机床主轴精度的关键。
1. 高精度特大型机床主轴轴承的特点
高精度特大型机床主轴轴承一般具有以下特点：
（1）精度高、尺寸大，对轴承的制造技术提出了的挑战。
（2）受空间尺寸和机床自重要求的影响，轴承设计时一般选择特轻系列薄壁轴承，套圈壁厚较薄，加工、运输中尺寸极易变形。
2. 设计该轴承应该注意的问题
针对高精度特大型机床主轴轴承的产品特点，结合我们对某特大型精密轴承研制过程中的经验，对此类轴承研制时应从产品结构、零件精度分配、加工可行性等方面进行综合考虑，从而保证该类轴承满足机床精度要求。
（1）轴承结构的选择 该类轴承结构优先选用标准的机床主轴轴承结构，以利于产品的标准化和工艺性。在各零件的设计时还要考虑制造工艺性，例如双列圆柱滚子轴承既可以采用分体单爪保持架，也可以采用双列的整体保持架。综合考虑两种方案认为，采用分体单爪保持架，两个保持架由双列滚子各自引导，互不干涉，消除了两列兜孔中心圆同轴度误差造成的影响；并且单爪保持架制造加工较整体保持架简单，精度容易保证，装配方便，单爪保持架之间存在一定的间隙，能储油，使轴承充分润滑，减少运转过程中的温度升高。因此，分体单爪保持架较整体保持架更具优越性。
（2）轴承各零件几何精度的分配 根据高精度特大型机床主轴轴承的成品精度，设计该类轴承时还应分析各零件对成品精度的影响，将成品精度合理转化为对各零件精度的控制，以零件精度保证成品精度的实现。
鉴于机床主轴轴承工作时一般都是内圈及轴圈旋转，机床内圈径向圆跳动和端面圆跳动的精度必须保证。因此，在设计该类轴承时，径向轴承应将滚动体的圆度和批直径变动量、内圈的圆度和壁厚差作为关键项目，外圈的圆度和壁厚差作为重要项目来控制。同样，推力轴承的关键项目也是滚动体和套圈精度，即滚动体的外径圆度和批直径变动量及套圈的平行差和挠曲度。
3. 轴承加工过程中的关键技术
合理的设计可以使产品的实现具有良好的设计基础，但要完成设计要求还需要制定合理的加工工艺，解决制造过程中的工艺难题。由于目前国内外对于特大型精密机床主轴轴承的制造，均无任何经验可以借鉴，无论是套圈还是滚子，在加工中均存在着工艺难点。根据此类产品的特点和我们对某特大型精密轴承研制过程中的经验，解决工艺难点归纳起来可以从以下几方面去采取控制措施。
（1）套圈尺寸稳定性的控制 针对影响套圈尺寸稳定性的因素，需要在各生产环节加以控制。如：在锻造和退火工序中采取控制碳化物的措施，减少碳化物对尺寸稳定性的影响；采用高温回火的热处理工艺，提高零件尺寸稳定性；采用多循环磨削加工，在磨削过程中进行附加回火的工艺过程，消除、减少磨削过程中产生的残余应力，进一步控制和稳定残余奥氏体，使得轴承的尺寸稳定性更好；根据产品特点，在磨削加工中，对产品采取小进刀、多次磨削的方法，减小磨削内应力，逐步提高加工精度；必要时，在终磨时为了减少振动对零件加工精度的影响，可以暂时停止周边机床的工作，防止周边环境因素影响零件的加工精度。
（2）滚动体的加工 在此类轴承研制中，滚动体的特点同样是尺寸大、精度高、尺寸分组差，要求严。
如我们研发的某轴承滚子成品直径zui大90mm，长度zui长130mm，单件重量zui重为6.34kg，尤其是圆度zui高要求0.6μm，表面粗糙度值要求r a＝0.125μm。因此，滚动体的加工是又一工艺难点。
轴承行业以往加工该尺寸段滚子的传统工艺流程为：棒料（或锻件）→车制→软磨滚动面→热处理→初磨滚动面→修倒角→附加回火→细磨滚动面→磨基准面→磨端面1→磨端面2→磁粉探伤→终磨滚动面→尺寸选别→磨两斜边。
传统加工工艺存在如下问题：①端面加工工艺的形位公差与现行标准zui低级别要求差距较大，尺寸控制非常困难，端面精度根本不能保证滚子稳定、定位。②滚动面加工工艺不能保证加工尺寸和形位精度及表面粗糙度满足产品要求。③磨斜边为zui终金属切削工序，若滚动面出现划伤等表面缺陷，由于后续不再加工，则的缺陷对轴承使用寿命将会造成很大影响。
（3）采取措施 根据以上分析，结合我们的研发经验，在加工此类滚子时，应从以下两个方面加以考虑：
一是在正式产品投产前根据企业工艺装备现状，进行模拟加工工艺试验，验证工艺、设备的可行性，掌握对设备改造、工艺改进的*手资料。
二是根据工艺试验结果，制定适宜的滚子加工工艺。制定工艺时，要充分考虑：定位基准面的精度控制，如采取措施控制滚动面的尺寸，以满足滚子zui终分组差要求；增加精研滚动面工序，满足产品设计对圆度和表面粗糙度的要求；调整磨斜边工序至精研滚动面之前，避免滚动面出现划伤等表面缺陷；必要时在产品精加工时停开周围机床，防止周边环境因素影响零件的加工精度。
此外，此类轴承的研制，对轴承及零件检测方法及手段要求也很严格，如：为了解决测量温差问题，在测量前被测零件与检具要充分合温；为保证检具的准确性，每天要对检具进行鉴定；有一定技术等级的检验人员检测产品；设计旋转精度测量仪等。因此，在研制中还要根据具体情况采取具体的解决措施。
以上是我们根据工作经验对高精度特大型机床主轴轴承研制时应注意的一些问题提出的粗浅探讨，在此供大家指正和参考。（作者：洛阳lyc轴承有限公司技术中心 谢华永）
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高精度特大型机床主轴轴承一般具有以下特点：
（1）精度高、尺寸大，对轴承的制造技术提出了的挑战。
（2）受空间尺寸和机床自重要求的影响，轴承设计时一般选择特轻系列薄壁轴承，套圈壁厚较薄，加工、运输中尺寸极易变形。
2. 设计该轴承应该注意的问题
针对高精度特大型机床主轴轴承的产品特点，结合我们对某特大型精密轴承研制过程中的经验，对此类轴承研制时应从产品结构、零件精度分配、加工可行性等方面进行综合考虑，从而保证该类轴承满足机床精度要求。
（1）轴承结构的选择 该类轴承结构优先选用标准的机床主轴轴承结构，以利于产品的标准化和工艺性。在各零件的设计时还要考虑制造工艺性，例如双列圆柱滚子轴承既可以采用分体单爪保持架，也可以采用双列的整体保持架。综合考虑两种方案认为，采用分体单爪保持架，两个保持架由双列滚子各自引导，互不干涉，消除了两列兜孔中心圆同轴度误差造成的影响；并且单爪保持架制造加工较整体保持架简单，精度容易保证，装配方便，单爪保持架之间存在一定的间隙，能储油，使轴承充分润滑，减少运转过程中的温度升高。因此，分体单爪保持架较整体保持架更具优越性。
（2）轴承各零件几何精度的分配 根据高精度特大型机床主轴轴承的成品精度，设计该类轴承时还应分析各零件对成品精度的影响，将成品精度合理转化为对各零件精度的控制，以零件精度保证成品精度的实现。
鉴于机床主轴轴承工作时一般都是内圈及轴圈旋转，机床内圈径向圆跳动和端面圆跳动的精度必须保证。因此，在设计该类轴承时，径向轴承应将滚动体的圆度和批直径变动量、内圈的圆度和壁厚差作为关键项目，外圈的圆度和壁厚差作为重要项目来控制。同样，推力轴承的关键项目也是滚动体和套圈精度，即滚动体的外径圆度和批直径变动量及套圈的平行差和挠曲度。
3. 轴承加工过程中的关键技术
合理的设计可以使产品的实现具有良好的设计基础，但要完成设计要求还需要制定合理的加工工艺，解决制造过程中的工艺难题。由于目前国内外对于特大型精密机床主轴轴承的制造，均无任何经验可以借鉴，无论是套圈还是滚子，在加工中均存在着工艺难点。根据此类产品的特点和我们对某特大型精密轴承研制过程中的经验，解决工艺难点归纳起来可以从以下几方面去采取控制措施。
（1）套圈尺寸稳定性的控制 针对影响套圈尺寸稳定性的因素，需要在各生产环节加以控制。如：在锻造和退火工序中采取控制碳化物的措施，减少碳化物对尺寸稳定性的影响；采用高温回火的热处理工艺，提高零件尺寸稳定性；采用多循环磨削加工，在磨削过程中进行附加回火的工艺过程，消除、减少磨削过程中产生的残余应力，进一步控制和稳定残余奥氏体，使得轴承的尺寸稳定性更好；根据产品特点，在磨削加工中，对产品采取小进刀、多次磨削的方法，减小磨削内应力，逐步提高加工精度；必要时，在终磨时为了减少振动对零件加工精度的影响，可以暂时停止周边机床的工作，防止周边环境因素影响零件的加工精度。
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