精密机床主轴轴承振动的测量探讨

石莹莹 1 薛豪波 1 俞春兰 1 王丽莉 2

摘要：本文主要针对精密机床主轴轴承振动测量进行了深入分析，根据实际情况对测量心轴结构进行完善，从而在更大程度上提升精密机床主轴轴承振动测量结果准确度，从而促进该轴承质量评价工作可以实现顺利开展。

关键词：精密机床主轴轴承；振动；测量

通常情况下，对于滚动轴承而言，其振动环节属于一种物理现象，并且呈现出了一定的复杂性，不但会受到轴承零件行为偏差以及滚动表面形态特点的影响，同时在工作环境发生变化的基础上，其振动也会因此发生相应的转变。现如今，基于现代社会经济发展背景下，人们的生活水平与质量在原来的基础上实现了明显提升，这就对周边环境质量提出了更高的要求，所以，对于轴承而言，需要对振动以及噪音等问题进行严格控制。在传统的轴承成品检测工作开展中，一般只对旋转精度做出了相应的要求，但是却没有对轴承振动值引起高度重视。本文主要结合BVT-6仪器对测量心轴做出了相应的优化工作，从而在更大程度上提升轴承震动的测量结果。

1. 精密机床主轴轴承精度影响因素

当轴承套圈沟道径向发生跳动现象时，会导致主轴系统主轴轴向产生径向跳动现象，并且这些误差问题会直接体现在被加工表面上。在轴承滚动直径不一样的情况下，或者是在形状方面存在一定的误差时，也会造成主轴出现相应的误差问题。关于沟道对断面的侧摆，与主轴轴向窜动问题之间有着非常密切的联系，在主轴轴向出现窜动的情况下，会对精密磨床以及轴承磨床产生非常严重的影响。比如，如果是在采取支沟磨沟的工艺形式时，不但会导致废品率的提升，同时也会带来非常严重的噪音问题。轴承安装工作面的尺寸和形位误差将使轴承滚道产生相应的变形，使轴承内外圈倾斜，使得轴承在各个方向的刚度不一致，从而会降低主轴系统的旋转精度。

2、一般球轴承振动的测量方法

在传统的轴承振动测量工作中，通常都是采取手感鉴别的方式来进行，当采取这种方式时，一般只能对轴承振动噪声好坏进行判定，但是却不能得出具体的振动值。因为轴承振动主要是受到噪音方面的影响，对于我国相关的轴承行业而言，为了实现对噪音方面的有效控制，通常都是采取轴承振动值控制方式来进行。

目前应用比较广泛的轴承振动测量方式，如下图1所示。将需要进行测量的轴承放置在测量心轴上，在轴向加载装置作用下，可以向外圈端面产生一定的轴向力，传感器与需测量轴承外圈端面宽度中间位置处进行接触，通过驱动器作用的发挥，可以使主轴发生旋转。并且还能在特定的速度下，使测量心轴驱动内圈发生旋转。

图1 一般球轴承振动的测量方法

3、精密机床主轴轴承振动的测量方法

本文主要针对某精密机床进行了深入分析，其中主轴轴承属于双列短圈柱滚子轴承，从内径上来看，体现出了一定的锥度，具体结构如下图2所示。

图2 精密机床主轴轴承的结构形式

通常情况下，在对这种轴承振动进行测量的过程中，需要添加一定的径向荷载，因为该主轴轴承内径涉及到了一定的锥度，当采取一般的测量方式时，那么在驱动器的作用下主轴发生旋转时，需要测量的轴承就会直接从心轴上掉落下来，从而无法实现对轴承振动的准确测量。针对这种现象，为了保证轴承运转过程中可以满足一定的稳定性，那么需要根据实际情况做好对测量心轴的优化工作，具体如下图3所示。在测量工作开展中，需要将优化之后的测量心轴2插入到主轴1的锥面当中，同时在测量心轴中间处，应该添加相应的螺纹结构，将紧固螺钉3拧入到螺纹当中，被测轴承套在测量心轴上，然后将压板4插到紧固螺钉导向面中，通过这种方式可以保证压板端面与被测轴承内圈端面之间进行连接，这时就可以将紧固螺丝进行拧紧，将被测轴承内圈固定在测量心轴上，这时就能将心轴与内圈之间进行有效结合，从而在此基础上形成一个系统的整体。其中主轴在传动的过程中，主要是在370W三相电机作用下来完成，从而可以保证心轴驱动内圈能在特定的速度下发生旋转。从被测量轴承外径角度上来看，通过两位四通手动阀的换向，可以使加载装置完成加载以及卸载等相关流程。关于负荷来说，主要是在负荷6施加到被测轴承外径上来完成的。当传感器5测头与被测轴承外墙中间部位进行连接之后，最终测得的结果大约为2N，在传感器侧头的作用下，可以使轴承振动信号被不断扩大，从而明确被测轴承振动的实际数值，通过这种方式就能实现对内径带锥度双列短圈柱滚子轴承振动程度的准确测量，从而促进轴承在质量方面可以达到相应的标准要求。

图3 精密机床主轴轴承振动的测量方法

针对于测量心轴与主轴而言，彼此之间是以锥面进行配合，在测量工作完成之后，如果是采取手动操作的方式，将很难把测量心轴从主轴上拆除下来，这就需要使用专业扳手，从而完成对测量心轴的拆卸工作。结合下图4中的相关内容进行分析，主要体现出了卸心轴手柄与扳手的具体位置。将扳手4插入到测量心轴3内孔当中，然后再用左手握住手柄6，按照逆时针的方向，通过右手来扳动手柄5，直接到将心轴螺钉2顶到测量心轴3为止，在这时测量心轴锥面与主轴锥孔之间会发生脱离，在这种情况下，不需要将心轴进行取出，而是通过左手握住测量心轴3，然后右手在以顺时针的方向，来扳动扳手4，这时就可以将卸心轴螺钉重新拧回到最开始的位置，在主轴与扳手一起转动的基础上，才能够将扳手与心轴进行抽出。

图4 卸心轴手柄与扳手位置图

在具体的测量工作开展中，对于相关的工作人员来说，在主轴旋转的基础上，一定要避免轴承外圈也跟着旋转。心轴锥面与主轴锥面在配合上，一定要保证可以满足一定的紧密性，如果彼此之间不能实现紧密连接，那么在旋转的过程中国，可能会导致心轴出现一定的脱落问题，从而降低最终测量结果准确度。如果出现了心轴与主轴锥面配合不紧密的情况下，应该选择使用比较赶紧的布，对主轴锥孔与心轴表面存在的油质进行擦拭。当不需要在使用心轴时，一定要在第一时间内使用120号汽油对其进行清洗，在清洗工作完毕之后，在表面涂抹一定的防锈油，然后将其放置在规定的位置。

4、结语：
综上所述，本文主要以BVT-6轴承振动测量仪为例，在此基础上对精密机床主轴轴承振动测量情况进行了深入分析，通过保证最终测量结果准确性，不但可以实现对轴承质量方面的准确评定，同时还能促进轴承工艺参数优化工作可以实现顺利开展。对于精密机床主轴轴承振动噪声而言，与配套主机性能发挥有着非常密切的联系。因此，关于该轴承振动测量工作，已经引起了相关行业的高度重视，通过加强对主轴轴承结构的优化工作，不但可以在一定程度上提升主轴设备安全性与使用年限，同时在后期运行过程中，还能有效你面各种故障问题的产生。

参考文献：

[1]刘春时.孙伟.李小彭.等数控机床整机振动测试方法研究[J].中国工程机械学 报，2009,7(3):330-335.
[2]李娜娜.韩海燕.曹凡.基于试验和有限元的数控机床模态分析方法研究[J].电子测试.2015(23):99-100.
[3]张骄.高小平.李熙,等.基于试验模态分析的某型号动车组齿轮箱有限元模态分 析研究[J].机电工程,2021,45(06):163-170.