雙支承無(wú)心磨床砂輪主軸結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

倪永帥

（新鄉(xiāng)市派美柯精密機(jī)械有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453000）

1 概述

無(wú)心磨床中，砂輪主軸是整個(gè)機(jī)床的關(guān)鍵部件，對(duì)整個(gè)機(jī)床的性能起著至關(guān)重要的作用。目前雙支承無(wú)心磨床砂輪主軸普遍采用如圖1所示結(jié)構(gòu)，主軸由2套NN系列圓柱滾子軸承和成對(duì)雙聯(lián)角接觸球軸承支承，軸承的軸向定位和預(yù)緊通過(guò)主軸上的2個(gè)調(diào)整墊和精密鎖緊螺母來(lái)實(shí)現(xiàn)。下文通過(guò)兩方面對(duì)現(xiàn)用雙支承無(wú)心磨床砂輪主軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

圖1 雙支承無(wú)心磨床砂輪主軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 改進(jìn)方案一

從主軸軸承的預(yù)緊和裝配方面對(duì)現(xiàn)用雙支承無(wú)心磨床砂輪主軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

2.1 現(xiàn)用主軸結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題

通常，角接觸球軸承和圓柱滾子軸承的組合，可通過(guò)將圓柱滾子軸承的徑向內(nèi)部游隙設(shè)定為負(fù)值來(lái)施加徑向預(yù)緊。圓柱滾子軸承徑向游隙的測(cè)量方法有GN量規(guī)法和手感法，采用GN量規(guī)法時(shí)，不同的軸承外徑需要選擇不同規(guī)格的GN量規(guī)，而GN量規(guī)價(jià)格較高，因此一般廠家都采用手感法。手感法是在軸承預(yù)緊后，用手轉(zhuǎn)動(dòng)軸承的外圈，感覺(jué)其轉(zhuǎn)動(dòng)的靈活程度，憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷軸承預(yù)緊力的大小。

現(xiàn)用主軸（圖1）亦采用手感法判斷軸承預(yù)緊力大小，用調(diào)整墊的厚度來(lái)控制NN系列雙列圓柱滾子軸承的徑向游隙，從而調(diào)整預(yù)緊力。此方法對(duì)設(shè)備及技術(shù)力量不足的廠家來(lái)說(shuō)，會(huì)對(duì)主軸精度產(chǎn)生較大的影響。因?yàn)閳A柱滾子軸承的預(yù)緊要靠擰緊精密鎖緊螺母來(lái)實(shí)現(xiàn)，軸向定位及徑向游隙都要靠調(diào)整墊來(lái)控制，而在裝配前調(diào)整墊厚度要正好符合NN系列雙列圓柱滾子軸承的預(yù)緊力要求的厚度，由于調(diào)整墊加工精度的原因，調(diào)整墊選配困難。當(dāng)擰緊精密鎖緊螺母對(duì)圓柱滾子軸承進(jìn)行預(yù)緊時(shí)，若調(diào)整墊厚度大于所需厚度，就會(huì)低于預(yù)期的軸承預(yù)緊力，造成主軸的剛性和回轉(zhuǎn)精度降低，主軸的振動(dòng)和噪聲增大；當(dāng)調(diào)整墊的厚度小于所需厚度時(shí)，又會(huì)大于預(yù)期的軸承預(yù)緊力，增加軸承的摩擦，溫升過(guò)快，降低軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)效率和壽命。因此，用圖1所示的結(jié)構(gòu)對(duì)軸承進(jìn)行預(yù)緊時(shí)，很難將游隙一次性調(diào)好。若調(diào)不好，就要拆下軸承等相關(guān)零件，研磨調(diào)整墊。而磨削量的大小，理論上很難計(jì)算出，只能憑經(jīng)驗(yàn)，效果很差。

2.2 改進(jìn)方案

改進(jìn)后主軸結(jié)構(gòu)如圖2所示。未改變支承軸承形式，只是增加了兩個(gè)精密鎖緊螺母7，9。此時(shí)，調(diào)整軸承徑向游隙時(shí)，先將精密鎖緊螺母7，9及調(diào)整墊3，4安裝于主軸上，旋轉(zhuǎn)精密鎖緊螺母7，9使調(diào)整墊離開(kāi)NN系列雙列圓柱滾子軸承端面一定距離（不妨礙圓柱滾子軸承調(diào)整時(shí)的軸向移動(dòng)即可），然后旋轉(zhuǎn)精密螺母1，6使軸承達(dá)到預(yù)期的預(yù)緊力，再將精密鎖緊螺母7，9旋回，使調(diào)整墊的兩端面與精密鎖緊螺母7，9端面和NN系列雙列圓柱滾子軸承的端面緊密接觸，最后再擰緊精密鎖緊螺母7，9上自帶的徑向鎖緊螺釘，固定鎖緊螺母。此主軸很容易達(dá)到預(yù)期的軸承預(yù)緊要求，而且軸承拆卸均比較方便。

圖2 改進(jìn)方案一的主軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3 改進(jìn)方案二

從主軸轉(zhuǎn)速、主軸軸承的選擇及主軸的加工和裝配方面對(duì)現(xiàn)用雙支承無(wú)心磨床砂輪主軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

3.1 現(xiàn)用主軸結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題

NN系列雙列圓柱滾子軸承的內(nèi)錐孔與主軸1／12外錐配合情況及軸承徑向游隙的調(diào)整直接影響主軸的工作精度，一般要求主軸錐面接觸面積大于80%，主軸的徑向跳動(dòng)在5μm以下，軸承的徑向游隙為5μm以下。為了達(dá)到以上要求，除了采用精度較高的軸承外，對(duì)主軸的要求也較高，兩錐端的同軸度要求在5μm以下，鎖緊螺母處主軸上的螺紋對(duì)主軸的跳動(dòng)在8μm以下，調(diào)整墊兩端面的平行度一般要求在2μm以?xún)?nèi)，厚度誤差在5 μm以?xún)?nèi)。因此，對(duì)加工及裝配技術(shù)水平不高的企業(yè)，軸承的預(yù)緊和主軸精度很難保證如此高的精度。需要反復(fù)修整主軸精度，反復(fù)調(diào)整調(diào)整墊的平行度及厚度，嚴(yán)重影響零件的加工質(zhì)量和主軸軸承的壽命。另一方面主軸右端NN系列雙列圓柱滾子軸承滾子對(duì)中軸承外圈滾道的裝配，找正困難，也會(huì)引起諸多不良影響。

3.2 改進(jìn)方案

現(xiàn)用主軸雖具有良好的徑向和軸向剛度，但主軸支承精度低、高速性較差。目前，機(jī)床的磨削速度都要求在45 m／s以上，且加工出的滾子精度要求成批在Ⅱ級(jí)以上，為了適應(yīng)這種高速、高精度磨削，對(duì)主軸支承結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的主軸結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 改進(jìn)方案二的主軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

改進(jìn)后的主軸全部由成對(duì)雙聯(lián)角接觸球軸承支承，取消了調(diào)整墊。成對(duì)雙聯(lián)角接觸球軸承承受載荷更大，使用壽命更長(zhǎng)，定位精度更高，特別對(duì)轉(zhuǎn)速、剛度等都有較高要求的設(shè)備，成對(duì)雙聯(lián)角接觸球軸承為最佳選擇。由于取消了原主軸兩端的圓錐部分，加工時(shí)更容易保證主軸前、后兩端的同軸度。只要在加工內(nèi)、外隔套端面時(shí)同時(shí)進(jìn)行研磨，保證使內(nèi)、外隔套的長(zhǎng)度相等，端面光滑、平行即可。

因取消了調(diào)整墊，也降低了裝配難度。改進(jìn)后的裝配工藝為：（1）將左、右兩端4套軸承用加熱器加熱，依次將軸承和隔套裝在主軸上；（2）旋轉(zhuǎn)精密鎖緊螺母到預(yù)期的軸承預(yù)緊力；（3）用螺釘將軸承套兩端的凸緣（骨架油封已安裝在凸緣內(nèi)）與軸承套緊固在一起；（4）安裝砂輪（過(guò)程略）。改進(jìn)后的主軸結(jié)構(gòu)在裝配零件全部合格的前提下，裝配后的各項(xiàng)精度及轉(zhuǎn)速很容易達(dá)到設(shè)計(jì)要求，主軸的壽命也將大幅度提高。