摘要: 討論一種滾動軸承結構式加工圓錐滾動體無心磨床砂輪軸精密裝配方法，依（yī）據自行建立（lì）的雙列向心短（duǎn）圓柱滾子軸（zhóu）承1: 12 的內孔錐度（dù）與軸錐度研合度（dù）檢驗概念，發展和（hé）完善孔、軸配合（hé）產生角度誤差修磨及研合的措施，以其獨特的觀（guān）點剖析誤差產（chǎn）生的原因從而引導出解決問題的路徑，能夠（gòu）對類似（sì）結構（gòu）的裝配提供理論（lùn）性指導意見（jiàn），也可供機械加工設備（bèi）的裝配及使用維修借鑒（jiàn）和（hé）參考。
   
  

      無心磨床在軸承圓錐滾動體加（jiā）工過程中占配備設備總量比重較大，作用也顯得重要，特別是在配以相應規格導輪的條件下能完成批量和大批量圓錐滾動體外徑的作業要求，尤其在滾動體的最終成型高精（jīng）度磨（mó）削時更能凸顯出優勢。
  

   
      砂輪軸部件和導輪軸部件係（xì）無心磨床的兩（liǎng）大核心部（bù）件，其精度（dù）好壞直接關係到產品的優良程度，尤其是砂輪軸對（duì）產品的精度影響更大、更直接，因此保持好（hǎo）砂輪軸的精度以及維修過程中的精密裝配是確保產品質的首要條件之一。

   
      目前使（shǐ）用的無心磨床規格種類（lèi）很多，砂輪軸的結構也不盡相同，但基（jī）本上可分為滑動軸承式結構和滾動軸承式結構兩種。其中滑動軸承式結構設備的占有量較大，滑動軸承是一種滑動摩擦（cā）的軸承，它的主要特點是工作可靠平穩，無噪音，潤滑油膜具有吸振能（néng）力，故能承受較大的衝擊載（zǎi）荷，同時由於液體潤滑可以大大（dà）減小摩擦損失和表麵摩（mó）擦，對於高轉速的機械有著（zhe）十（shí）分重（chóng）要的意義，因此（cǐ）被廣泛應用; 另一種就是滾動軸承式結構（gòu），隨著雙列向（xiàng）心短圓柱滾子軸承製造精度的（de）不（bú）斷提升（shēng），和較之於滑動軸承裝配刮研等繁瑣操作以及對操作者技能門（mén）檻的過高（gāo）要求，以其具有起動（dòng）阻力小、精度高、耗油漏油少、軸向尺寸小、維護簡單、精度（dù）可調、同規格（gé）的軸承易於互換及壽命長（zhǎng）等優點被新式無心磨床的砂輪軸（zhóu）結構所采納。而滾動軸承裝（zhuāng）配過程的方便性極大地提高了維修效率，加（jiā）之精密裝配方法的配套（tào）工藝，使其綜合性能指標穩定可靠。

      1 、結構分析及角度誤差的產生

      1． 1 結構分析

     如圖1 所示為某型圓錐滾動（dòng）體無心磨（mó）床（chuáng）砂輪主軸結構裝配簡圖。通過圖中具體結構可以看出，砂輪主軸左右各裝有一套雙列向心（xīn）短圓柱滾子軸承（chéng），同時左側配有（yǒu）一套、右側配有兩套單列向心推力球軸承，這一（yī）結構是由於其雙列向心（xīn）短圓柱滾子軸承雖具有高的徑向精度（dù）和徑向承載能力但承受（shòu）軸向力的能力較差，相應配以單列向心推力球軸承後可形成既有很高的徑向精度又能承受很大軸向力的（de）總體布局。

     由圖1 可以看出其左右兩（liǎng）端結構大體相同，以（yǐ）左端為例外麵由密封蓋、推力球軸承外（wài）圈、支承外套、密封外套組成，軸部裝有彈簧卡、單列向心推力球軸承、雙調整螺母（mǔ）、張緊（jǐn）套、雙列向心短圓柱滾子（zǐ）軸承、調整套、骨架密（mì）封圈、內（nèi）圈拆卸調（diào）整螺母組成。

     這一結構的關鍵（jiàn）點是雙列向（xiàng）心短圓柱滾子軸承裝配精度控製著砂輪主軸運行質量（liàng）。雙列向心短圓柱滾子軸承的內孔是1: 12 錐度表麵，就是這（zhè）一錐度表麵與軸的錐（zhuī）度外表麵研合度精度與整個砂輪（lún）主軸精度密切關聯。這裏將重點討論它。

     1． 2 角（jiǎo）度誤差的產生

     這裏所（suǒ）說的角度誤差是指軸承錐度內孔或砂輪主軸錐度外徑偏離零件加工工藝的狀態，不含（hán）工藝範圍內的角度（dù）偏差。

     無論存在角度誤差或者不存在角度誤差，在正式裝配（pèi）之前都要采取“預裝配”的方法作初步判斷，以確定方案，達到精密裝配的目的。

      根據（jù）文獻 可以得知（zhī）角度關係可（kě）能出現3 種（zhǒng）狀況。如圖2 所示，在背（bèi）帽（mào）3 背緊時，反複用手沿左右（yòu）方向交替施力於軸承的外圈1，直至外圈不能（néng）沿軸向移動後，再加大力度後確認外圈不能脫離，再進（jìn）入檢（jiǎn）驗程序 。

     這時可通過手動來驅使軸（zhóu）承外圈（quān）旋轉，觀察（chá）外圈（quān）運動狀態用直觀的方（fāng）式來判斷孔與軸錐度的研合效果。實（shí）踐表明，轉動的結（jié）果隻（zhī）會出現下列3 種情況（kuàng）之一 。

      圖2a 所示，軸承外圈左移。軸的錐度偏大，即錐角α 大於標準錐度，可通過磨削減小錐角α 的方式來（lái）解（jiě）決 。

      圖2b 所（suǒ）示，軸承外圈旋（xuán）轉後不偏不移占中，說明孔軸錐度相符，不用調整 。

      圖2c 所示，軸承（chéng）外圈右移，說明軸的錐度偏（piān）小（xiǎo），可通過增大錐（zhuī）角α 的方式（shì）解決（jué） 。

      應該指出的是在（zài）文獻 中描述的觀點過於理想化，隻把雙列向心短圓（yuán）柱滾子軸承內孔1: 12 錐度作為模範看; 且第（dì）一種現象中的“可通過磨削減小錐角的方式來（lái）解決”，經過實踐證明也過於（yú）簡單（dān）。

     實際操作中觀（guān）察發現，裝配前單件可能存在( 1) 軸（zhóu）承錐度內（nèi）孔的角度誤差; ( 2) 主軸（zhóu）錐度外徑的角度誤差; ( 3) 軸承錐度內孔和主軸錐度外徑同時存在（zài）的角度誤（wù）差。

     裝配時兩件相對可能（néng）存在: ( 1) 錐度（dù）α 角同時偏大; ( 2) 錐度α 角同時偏小（xiǎo）; ( 3) 錐度α 角一個偏大而另一個偏小; ( 4) 錐度α 角一個合格（gé）另一個偏大或偏小; ( 5) 錐度（dù）α 角都（dōu）合格等。

     從而可以衍生出多種配合狀態，當然研合時不排斥孔軸錐度α 角同時（shí）等（děng）值偏大或偏小的，但前提是（shì）偏大得合適（shì）或偏小得合適。

     一般地（dì），軸承錐度內孔出現誤差（chà）的情況（kuàng）較少，這是由軸承批量化生產規模較大、軸承產品製造設備精密度高及檢測手段專業等特點所決定。砂輪主軸（zhóu）的生產規（guī）模與軸承加工方式無法相比，單靠磨床角度調（diào）整刻度和簡易質量（liàng）控製措施是無法實現高的（de）精度，因此砂輪主軸產（chǎn）生角度誤差的概率較大。

     另外，當砂輪主軸產生角度誤差如（rú）何修補研合過去（qù）未（wèi）作詳細的探（tàn）討，其實這是（shì）一（yī）個至關重要的環節，將（jiāng）在下節中（zhōng）詳細分析。

     2 、砂輪主軸總體結構的（de）精密裝（zhuāng）配

     2． 1 砂輪的拆卸和更換步驟

    ( 1) 砂輪主軸總體吊裝過程要輕起輕放，以免主軸變形或影響軸承精度。

    ( 2) 在夾盤擰上（shàng）吊環螺（luó）釘（dìng）前應（yīng）先拆卸下前、後軸（zhóu）承的壓蓋。

    ( 3) 要將砂輪主（zhǔ）軸整體吊出，應先（xiān）從砂（shā）輪主軸傳動裝置（zhì）後端把拉手拉出，脫開漸開線花鍵軸。

    ( 4) 把砂輪主軸放置在預先（xiān）準備好的（de）支承座上直立固定，並使其垂直，擰下螺絲（sī），卸（xiè）下砂輪（lún）端蓋，便可更換砂輪;

     ( 5) 新砂輪裝上前（qián），應檢查質量是否合格，如有破損、裂紋（wén）等不良情況，絕對不（bú）能使用（yòng），否則砂輪工作時碎裂會危及安全或使主軸受強力衝擊而報廢。若砂輪有受潮或局部（bù）淋（lín）水現（xiàn）象，必須待其幹燥後再作安（ān）全檢查方可使用。

     ( 6) 新砂輪裝上夾盤後，必須進行靜平衡，然後方（fāng）可裝在機床的主軸上進行正常運轉試驗和修整。

      2． 2 砂輪（lún）主軸的裝配過程

      ( 1) 砂輪主軸軸承在總體裝配過程中都（dōu）已調整好，在使用一段時間至重新裝配之間可（kě）能需要作多次精度調整，包括重新裝配的工作，這時注意切忌用鐵錘進行敲打，因為主軸安裝有1: 12 的雙列向心短圓柱滾子軸承且精度比較高（gāo），否則很（hěn）容易喪失精度。

     ( 2) 砂輪（lún）主軸的長期運行，使得雙（shuāng）列向心短圓柱滾子軸承的滾動體與內圈和外圈的接觸麵磨損使其間隙變大，致使軸（zhóu）承不能使用，需要（yào）拆卸更換軸承，這時要利用砂輪主軸上的拆卸調（diào）整螺母（mǔ）4 推動調整套3 將1: 12 的軸承內圈卸（xiè）下( 見圖1) ，並建議同時更換單列向心推力球軸承。

     ( 3) 清洗砂輪主軸，將準備更換的新雙列向心短圓柱滾子軸承和單列向心推力球軸（zhóu）承上的防鏽潤滑脂用煤油清洗晾幹。

     ( 4) 按類似（sì）於正常裝配過程進（jìn）行“預裝配”檢驗軸承錐度內（nèi）孔或砂輪主軸錐度外徑的研合程度（dù），這時會有: ①研合度好直（zhí）接裝配; ②研合度差需要研（yán）磨合格後才能裝（zhuāng）配( 下節精密裝配要領詳（xiáng）述) 。

      ( 5) 當認定可以裝配後，需要重新進行測量，經過計算將調整（zhěng）套3 磨至計算的厚度，厚度不夠應加墊或重新換套，然後進行軸承的裝配。最好（hǎo）將軸承的內套與主（zhǔ）軸接觸麵的相對位置，以及（jí）軸承外套與支（zhī）承外套的接觸麵的相對位置，做好記號，以便重新組裝時，按原位置進行裝配，這樣可以避免由於不（bú）在原始位置而產生新（xīn）的不必要的誤差。
 

      2． 3 砂輪主軸的精密裝配要領

     軸承錐度（dù）內（nèi）孔與砂（shā）輪主軸錐度外徑的研合，即砂輪主軸的精密裝配，其（qí）具體步驟如下:

     ( 1) 檢查孔軸間相互差大小，若角度誤差大( 這種現象可能出現在孔或軸誤（wù）差相互達到相反極限條件（jiàn）下，即一個偏最大而另一個偏最小) 時，看一下（xià）砂輪主軸兩（liǎng）端頂尖孔的完好程度（dù），按60° 中心孔( GB145—85) C 型帶螺紋的中心孔所規定的標準判斷，如頂尖（jiān）孔完好可（kě）以采取（qǔ）磨床直接磨削加工，配以雙列向心短圓柱滾子軸承的內圈著（zhe）色檢（jiǎn）查，直到合格為止。
  

     ( 2) 通常狀（zhuàng）況下大多可能出現（xiàn）角度相互差很小，磨床直接加工很（hěn）難調準微小角度。這時，消除這種角度誤差（chà）的辦法經實踐檢（jiǎn）驗（yàn），采取白剛玉（yù）微粉WA，粒度W10 ～ 5( GB2476—2483—83) ，用適度的煤油調和，再配以用過的角度比較標準（zhǔn）的軸承內圈作研具來研磨主軸錐度（dù），效果良好。這個方法經（jīng）過多個實例分析總結是可行的最佳方案，也是本文要討論的核心內容。應該說明（míng）的是煤油（yóu）選擇洗滌煤油即可，雖然各種煤油的質（zhì）量依次排序降低為: 航空、動力、溶劑、燈用、燃料、洗滌煤（méi）油（yóu），但已基本滿足研（yán）磨條件。煤油作為研磨用的潤滑劑具備通過其調和的研（yán）磨劑要能均勻地粘吸在研（yán）磨工具上，它的粘度和稀釋力好（hǎo），並（bìng）有良好的潤滑性能且能起到冷卻作用，無腐蝕，易洗滌。

      其中，研具（jù）可按如圖3a 所示的結構製作，以能夠使用方便為宜; 研磨方法（fǎ）可按如圖3b 所（suǒ）示的方（fāng）法操作，即第（dì）1 步沿（yán）順時針（zhēn）方（fāng）向旋轉半周，第2 步沿逆時針（zhēn）方（fāng）向旋轉半周，第3 步繞整個圓周旋轉1 圈（quān），依此類推，以確保避免在（zài）操作的水平等份軸線軸外（wài）徑有研磨盲（máng）區。

     ( 3) 根據砂輪主軸的技術要求分析: ①1: 12 錐麵（miàn）用（yòng）著色法檢查，實際接觸長度（dù）與工作長度的接觸比（bǐ）不（bú）低於85% 且靠近小端（duān）; ②除螺紋等處外熱處理條（tiáo）件D0． 5—900。
 

      標注的D0． 5—900，其中D 為氮化處理代表符號，0． 5 是滲氮層深度（dù）為0． 5 mm，900 為維氏硬度（dù）( 相當於洛氏硬度68 HRC 左右) 。滲氮的生產率低、成本（běn）高，要獲得0． 5 mm 厚的滲（shèn）層，普通氮化一般（bān）需50 h 左（zuǒ）右，也就（jiù）是說（shuō）每小時滲層厚隻能（néng）在0． 01 mm 左右（yòu）。為使生產周期縮短，采（cǎi）用離子氮化或在NH3 的分解氣體（tǐ）中進行氣體氮化等都能提高其生產率。雖然38CrMoAlA材料相對其它（tā）軸（zhóu）件材（cái）料（liào）及熱處理費用偏高，但從材（cái）料的優良性（xìng）和砂輪軸使用效果（guǒ）及總體成本的權衡上還是（shì）利遠遠大於弊。

      砂（shā）輪（lún）主軸采（cǎi）用的材料（liào）為38CrMoAlA，是專用於強化氮化的鋼（gāng）種。所謂氮化處理，也稱滲氮，就是（shì）指將工（gōng）件放在滲氮氣氛中（zhōng），加（jiā）熱到500 ～ 600 ℃使工件表麵滲（shèn）入氮原子形成氮化層的工藝過程。

      38CrMoAlA 中含有Al 元素與N 能形成顆粒細密（mì）、分布均（jun1）勻、硬度很高而（ér）且（qiě）非常穩定的氮化物，如AlN，從（cóng）而給予氮化層以極高的硬度和（hé）耐磨性，其（qí）中與材料中含Cr、W 等合金元素比較，Al 的強化效果最佳。另外材料中（zhōng）含Mo 可以改善鋼的組織，提高鋼鐵（tiě）強度和韌（rèn）性，並（bìng）有消除回火脆性的作用。由此38CrMoAlA 砂輪軸經氮化後可以形成外硬內韌的綜合機械性能效果，同時零件抗疲勞強度一般能提高25% ～ 30% 左右。還有一定的（de）熱硬性（xìng），而38CrMoAlA 在經過氮化處理後，在550 ℃的（de）條件下運行硬度可達915 ～ 925 HV，在600 ℃的條（tiáo）件下運（yùn）行（háng）仍有850 ～ 870HV，是其它（tā）材料無法（fǎ）達到的。

      值得思考的是在砂輪主軸其滲氮層深（shēn）度僅為0． 5 mm，維氏硬度為900 的（de）工藝條（tiáo）件下，如（rú）何克服高（gāo）硬表麵而又不失滲氮層厚度且能（néng）保證軸與孔（kǒng）研合（hé）度符合工藝標準，其研磨操作（zuò）工藝較（jiào）難掌握。建議磨量較大（dà）硬度較（jiào）硬可（kě）在初（chū）始研磨時采用白（bái）剛玉微粉WA，粒度W20 粗研磨，下一步采用W10 半精研磨，最後采用W5 精研磨，這（zhè）樣研配效果較好。

      ( 4) 特（tè）別強調的是（shì）研磨後各個零件務必將研磨（mó）磨料用煤油洗滌幹淨，切（qiē）忌白剛玉微粉帶到（dào）裝配的結構內，以防軸承等零（líng）件加速損壞。

      將研磨清潔後的各個零件及軸承等按正常的工藝過程裝配，調試合格後即完成（chéng）了初步的精密裝配工作（zuò）。

      依（yī）據設備的出廠（chǎng）要求，雙列向心短圓柱滾子軸（zhóu）承裝配（pèi）後建議使用鋰基潤滑脂潤滑。軸承常用的潤滑（huá）脂有鈣基潤（rùn）滑脂、鈉基潤滑脂、鈣鈉基潤滑脂、鋰基潤（rùn）滑脂、鋁基潤滑脂和二硫化鉬潤滑脂等。但經（jīng）實踐中摸索總結添加白色特種（zhǒng）潤滑脂2 號效果良好，其性能與適用範圍: 產品（pǐn）係采用脂肪酸（suān）皂稠化（huà）精製礦物油，並（bìng）加入添加劑精製而成。具（jù）有優良的氧化穩定（dìng）性、機械穩定性、膠體穩定性和（hé）抗水性。可適用於（yú）各種精密機（jī）床、儀器等（děng）潤滑。使用溫度範圍: － 20 ～ 100 ℃。產品標準: Q/SYRH2149—2008，為800 g /盒袋（dài）的盒裝產品，推薦使用。軸承中充填潤（rùn）滑脂的量，以充滿（mǎn）軸承內部空間的1 /2 ～ 1 /3 為適宜。高速時應減少（shǎo）至1 /3。過多的潤滑脂（zhī）將使溫升增高。

      潤滑脂添加結束後，即可做全（quán）麵的安裝與（yǔ）調試，並（bìng）用儀表（biǎo）測量支承外套（tào）外徑徑跳（tiào）等項精度指標，直到合格。

      3、 結語

     上（shàng）述整個砂輪主軸的精密裝配過程，主要是指解（jiě）決滾動軸承式結構中雙列（liè）向（xiàng）心短（duǎn）圓柱滾子軸承內圈孔與主軸1: 12 錐度表麵產生角度誤（wù）差的措施及具體操作（zuò）方法，對其中（zhōng）的用料作以詳細說明（míng），是實踐中自行創建的工藝規程，值得推廣和借（jiè）鑒。