摘　要：分析了主轴轴承的选配、主轴组件、润滑方式等对主轴温升的影响，提出了改进方案，从而得到合理的温升，使主轴达到理想的精度要求。
　　关键词：主轴温升；主轴组件；润滑方式
　　主轴温升是数控机床在工作中的一项重要技术指标，主要是由于主轴轴承的异常发热所致。
　　1　主轴轴承的选型组配
　　1.1主轴轴承类型
　　高速加工技术的发展推动了机床主轴高速化的发展，而且机床的载荷一般由径向载荷与轴向载荷组成，并作为联合载荷作用于支承上。因此在机床制造业，角接触球轴承作为主轴轴承应用得越来越多。
　　1.2主轴轴承外形参数对主轴轴承温升的影响
　　（1）主轴轴承截面在满足刚度及旋转精度时，主轴轴承的截面越小，节省空间越大，特别是在轴承壳体孔不变的情况下，可以加大主轴的外径，使主轴的刚度增大，轴承温升降低。
　　（2）主轴轴承的精度主轴轴承的精度公差等级为P5～P2，主轴轴承的极限转速随其精度等级的提高而增大，外形尺寸相同的角接触球轴承的精度公差等级每提高一级，极限转速也提高10%，所以当转速一定时其温升随精度等级的提高而降低。
　　（3）预紧主轴轴承的预紧不仅能增加轴承的安装精度，而且也能增加轴承的刚度，使轴承的游隙减小。适当地减少轴承游隙可降低轴承温升，但预紧过大可使轴承配合的过盈增大，造成轴承的工作温度升高。
　　（4）角接触接触角的大小极大地影响着角接触球轴承的运转性能，随着接触角的增大，轴承的转速降低，而轴承的轴向刚度增大，轴承温升降低。如外形尺寸相同的角接触球轴承的15°接触角要比25°接触角的极限转速高10%～15%。因此，在满足转速要求的前提下，选择大接触角轴承可降低轴承温升。
　　主轴轴承组配方式是精密轴承的一项主要应用，一般来说轴承的组合使单个轴承很难达到极限转速，也就是说轴承的组合使用致使其转速降低约20%，但可提高轴承的轴向刚度，因此在相同工作载荷和转速下的工作温度更低；选用陶瓷混凝土合成主轴轴承其温升还可降低。综上所述，其上述因素是相互矛盾的，所以在实践应用中需要兼顾各方面的因素，在一定的结构空间内通过选择适当的轴承截面尺寸、精度等级、预紧、接触角及组配方式，使支承性能达到Z佳化，以便到得较低的温升，保证较高的机床精度。
　　因此，在设计主轴系统时，一定要综合考虑主轴轴承的选型组配，兼顾各方面的因素，以便实现Z佳支承，取得理想的温升效果。
　　2　轴承润滑方式
　　轴承润滑是为了防止滚动体、套圈及保持架之间的直接接触，并防止它们磨损及生锈，在滚动体和滚道之间形成适当的润滑剂，少量的润滑剂流体动力摩擦很小，并能降低运转温度。主轴轴承配置采用脂润滑方式，因为润滑脂的填充量容易控制，被普遍应用，对于转速要求非常高时应采用油润滑，因为同等条件下油润滑轴承寿命要长。
　　2.1脂润滑对主轴轴承温升的影响
　　润滑脂易保存于轴承内，还能起防尘、防潮作用，采用适量、优质润滑脂能适应相对较高的轴承转速，温升也不至于过高。脂润滑轴承适用的转速范围很广，润滑周期能够满足机床使用的需求，且使用简便、经济，轴承无需特别的维护，更无需后续的补充，大多数情况下均为终身润滑，所以应用较广泛。
　　（1）润滑脂的填充量对主轴轴承温升的影响
　　轴承高速旋转时Z好能够保持低温升和较长润滑周期，此时就要减少润滑脂填充量，一般情况下填充量不应超过轴承空间的30%，合理的填充量用下式计算Q＝qBdmB
　　式中，Q-润滑脂填充量；qB-轴承尺寸系数，见表1；dm-轴承平均直径=0.5（d+D），mm；B-轴承宽度，mm。

　　如果是圆锥滚子轴承用装配高T代替B；如果是推力轴承用高H代替B。
　　（2）脂润滑轴承的润滑脂分布跑合运转对主轴轴承温升的影响
　　脂润滑轴承在运行前必需进行润滑脂分布跑合运转，其目的在于使润滑脂均匀分布在滚动区域，避免轴承在运转中过热，润滑脂分布跑合运动有低速运转跑合、短时转速提高步进式跑合。
　　低速运转跑合的工作温度变化先增后降，Z后达到稳定温度（机床经过一定时间的运转后，其温度上升幅度不超过每小时5℃，一般可以认为已达到稳定温度）；若低速运转跑合时进行无冷却阶段的高转速运转，导致温度剧增，使轴承疲劳，甚至轴承失效，如图1所示。

　　短时转速提高步进式跑合，为避免开始时过高发热首先选择较长的、步进式缩短的冷却阶段，在Z大转速时以逐渐加长的时间间隔反复进行跑合，每级转速运转时间不得小于2min，Z高转速带料应运转足够的时间，不得小于1h，且温度达到60℃时及时冷却，使轴承达到稳定温度，其温升也可有效控制，如图2所示。

　　（3）润滑脂品质对主轴轴承温升的影响使用以合成油为基油的润滑脂较以矿物油为基油的锂基润滑脂使用寿命更长，摩擦损耗更低，轴承运行温升更低。
　　2.2油润滑对主轴轴承温升的影响
　　润滑油的油量和品质为降低主轴轴承摩擦损耗，降低温升起主要作用。主轴轴承润滑一般采用带冷却油的循环供油或滴注供油。
　　（1）润滑油油量Q对主轴轴承温升的影响，如图3所示。

　　如果润滑油不足（A区）滚动体与滚道就无法完全隔绝，它们之间就会存在金属接触，将导致摩擦加剧和温度升高，Z终导致轴承损坏。如果提供更大油量（B区），形成粘着的承载油膜，摩擦及Z终温度为Z小值时满足滴注供油（供油上存在时间间隔，油量精确测定）。供油量进一步增加（C区）会导致，摩擦和温度不断升高，直到供油量使热量生成和摩擦损耗达到平衡，（C区）温度随油量无明显变化，与冷却油的循环，供油条件吻合。如果油量再增加，冷却起主要作用，温度开始下降（E区）。
　　（2）润滑油品质对主轴轴承温升的影响采用无添加剂高质量的润滑油对轴承的运转有不可估量的控制过热作用，其摩擦损耗更低，轴承运行温升更低。因此，在设计主轴系统时，一定要综合考虑润滑方式及润滑品质，兼顾各因素，以便取得较理想的温升效果。
　　3　主轴轴承与相关件的配合及安装方式
　　3.1主轴轴承与相关件的配合
　　轴承的可靠配合，使轴承内圈或外圈牢固地与轴或孔固定，以免在相互配合面上出现不利的轴向滑动，这种不利的轴向滑动（称做蠕变）会引起轴承异常发热，为使角接触球轴承的优点得以Z佳利用，轴承的配装零件必须加工到与轴承同一精度水平，除轴和座孔正确配合外，还必须保证轴和座孔的形状公差及粗糙度Ra，因为轴和座孔的垂直度、不同轴度误差及粗糙度Ra误差会导致过高的工作温度，且精度和工作速度越高，这种现象越明显。
　　在极限转速范围内的主轴，为了更加降低温升，主轴轴承的配合过盈、配合间隙均应配磨控制。
　　3.2正确的安装方式对主轴轴承温升的影响
　　采用合适的安装工具、合理化安装方式、认真的工作态度、安装现场的整洁，是轴承获得高速、高精度低温升运转的重要前提条件，这对主轴轴承的安装技术提出了更多更高的要求:保证轴承安装环境及相关件的无污染，工作过程中不得使用压缩空气，因为污染物对轴承的高速高精度低温升运转有不良影响。安装过盈配合轴承，当d≥80mm时采用热力安装法，将其加热至80℃安装更容易，过盈更好;安装间隙配合及d≤80mm过盈配合轴承时采用施压安装法，在轴承套圈的配合面涂上少许润滑油或润滑脂施压安装，但装配力绝不能通过滚动体来传递。
　　因此，在设计主轴系统时，一定要综合考虑主轴轴承与相关件的配合安装方式，兼顾各因素，以便取得比较理想的温升效果。