随着数控机床工作精度和速度等要求日益提高，高精度丝杠轴承在机床行业得到广泛应用。轴承精度、安装配合和温升决定了机床驱动单元的精度从而影响着机床的加工精度。轴承失效后简单更换并不能排除再次失效的风险需要分析失效原因并加以改进旨在主动改善轴承生命周期防止由相同原因导致的再失效。

1、丝杠轴承安装工况

图1为某机床厂家的丝杠轴承布置图具体参数为:丝杠φ40 mm x 10 mm；长度800 mm；立式安装；承载3000 N。图中①、③处轴承均为FAG ZKLF3080；②处轴承为FAG ZKLF2575。 轴系温升未知 预拉伸量未知。

2、轴承失效情况

据用户反映机床在运行一段时间后轴承出现失效导致机床不能正常运行。经拆解发现，ZKLF2575轴承外圈内侧滚道及内圈外侧滚道均产生剥落且内圈出现滑动痕迹 详细情况如图2所示。

3、失效原因分析

根据失效丝杠参数假设温升为5℃则因温升产生的丝杠预拉伸力F为：F=∆lAE/l;∆l=∆Kal。式中∆l为丝杠预拉伸量；A为丝杠轴的藏面积；E为弹性模量，210 GPa；∆K为温度变化量；a为热膨胀系数11.7μm/（m¹·℃¹）。将已知数据代入(1)式经计算得温升为5℃时产生的力F=15438N。

根据FAG轴承样本中的轴承承载能力图丝杠轴承ZKLF2575的极限承载力约为5500 N而轴系温升产生的力达到15438 N远大于轴承的极限承载能历从而导致轴承早期失效。通过分析和计算，失效原因为丝杠在运转过程中温升过大，丝杠伸长增加了轴承的载荷，导致轴承发生失效。

4、总结：

导致丝杠轴承失效的原因是：运转过程中温升过高而导致。

解决方法为：当丝杠轴承出现预载过大的情况时，除了可以通过增加预拉伸量（0.02-0.03mm建议值）来补偿外，还可以通过优化结构，增加蝶形弹簧（类似于弹性预紧）来改善升温对轴承的影响，其结构如图3所示，目前该结构在很多日系机床上已成功应用。