摘要: 討論一種滾動軸承結構式加工（gōng）圓錐滾動體無心磨床砂輪軸精密（mì）裝配方法，依據自行建立的雙列向心短圓柱滾（gǔn）子軸承1: 12 的內孔錐度與軸（zhóu）錐度研合度（dù）檢驗概念，發展和完善孔、軸配合（hé）產生角度誤（wù）差修磨及研合（hé）的（de）措施，以其獨特的觀點剖析誤差產生的原因從而引導出（chū）解決問題的路徑，能夠對類似（sì）結構的裝配提供理論性指導意見，也可供機械（xiè）加工設備的（de）裝配及使用維修借（jiè）鑒和參考。
   
  

      無心（xīn）磨（mó）床在軸承圓錐（zhuī）滾動（dòng）體加工過程中占配備設備總量比重較大，作用也顯得重要（yào），特別是（shì）在配（pèi）以相應規格導輪的條件下能完（wán）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）度磨削時更能凸顯出優勢。
  

   
      砂輪軸（zhóu）部件（jiàn）和（hé）導（dǎo）輪軸部件係無心磨床的兩大（dà）核心部件，其精度好壞直接關係到產品的優良程度，尤其是砂輪（lún）軸對產品的精度影響（xiǎng）更大、更直接，因此保持好砂輪軸（zhóu）的精度（dù）以及（jí）維修過程中的精密裝配是確保產（chǎn）品質的首要條件之一。

   
      目（mù）前使用的無心磨床規格種類很多，砂輪軸的結構也不盡相同，但基本上可分（fèn）為滑動軸承（chéng）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（huá）動摩擦的軸承，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力，故能承受較大（dà）的衝擊載荷，同時由於液體潤滑可以大大（dà）減小摩擦損失（shī）和表麵摩擦，對於高轉速的機械有著十分重要（yào）的意義，因此（cǐ）被廣泛應用; 另一種就是滾動軸承（chéng）式結構，隨著雙（shuāng）列向心短（duǎn）圓柱滾子軸承製（zhì）造精度的不斷提升，和較之於滑動軸（zhóu）承裝配刮研等繁（fán）瑣操作以及（jí）對操作者（zhě）技能門檻（kǎn）的過高要求，以其具有起動阻力小、精度高（gāo）、耗油漏油少、軸向尺（chǐ）寸小、維護（hù）簡單、精度可調、同規格（gé）的軸承易於互換（huàn）及壽命長等優點被新式無心磨床的砂輪軸結構所采（cǎi）納。而滾（gǔn）動軸承裝配過程的方（fāng）便性極大地提高了維修效率，加之精密裝配（pèi）方法的配套工藝，使（shǐ）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（fèn）析

     如圖1 所示為某型圓錐滾動體無心磨床砂輪主軸結構（gòu）裝配簡圖。通過圖中具體結構（gòu）可以看（kàn）出，砂輪主（zhǔ）軸左右各裝有一套雙列向（xiàng）心短圓柱滾子軸承，同時左側配有一套、右側配有兩套單列向心推力球軸承，這一結構是由於其雙列向心短圓柱滾子軸承（chéng）雖具有高的徑向精度和徑向承載能力但承受軸向力的能力較差，相應配以單列向心推力球軸承後可形成既有很（hěn）高的徑向精度又能承受很大軸向力的總體布局。

     由圖1 可以看出其左右兩端結構大體相（xiàng）同，以左端為例外麵由密封蓋（gài）、推力球軸承外圈、支承外套、密封外套組（zǔ）成，軸部裝有彈簧卡（kǎ）、單列向心推力球軸承（chéng）、雙調（diào）整螺母（mǔ）、張緊套、雙列（liè）向心短圓柱滾子軸承、調整套（tào）、骨架密封圈、內圈拆卸調整螺（luó）母組成。

     這一結構的關鍵點是雙列向心短圓柱滾子軸承（chéng）裝配精度控製著砂輪主軸運行質量。雙列向心短圓（yuán）柱滾子（zǐ）軸承（chéng）的內（nèi）孔是1: 12 錐度表麵，就是這一錐度表麵與（yǔ）軸的（de）錐度（dù）外表麵研合度精度與整個砂輪主軸精度密切關聯。這裏將（jiāng）重點討論它。

     1． 2 角度誤（wù）差的產生

     這（zhè）裏所說的角度誤差是指軸承錐度內孔或砂輪主（zhǔ）軸錐度外（wài）徑偏離（lí）零件加工（gōng）工藝的狀態，不含工藝範圍內的角度偏差。

     無論存在角度誤差或者（zhě）不存在角度誤差（chà），在正式裝配之前都要采取“預（yù）裝配”的方法作（zuò）初（chū）步（bù）判（pàn）斷，以確定方案，達到精密裝配的目（mù）的。

      根據文獻 可以得知（zhī）角度關係可能（néng）出現（xiàn）3 種狀況。如圖2 所示，在背帽3 背緊時，反複用手沿左右方向交替施力於軸承的外圈1，直（zhí）至外圈不能沿軸向移動後，再加大力度後確認外圈不能脫離，再進入檢驗程（chéng）序 。

     這時可通過手動來驅使軸承外圈旋轉，觀察外圈運動狀態用直觀的方式來判（pàn）斷孔與軸（zhóu）錐度（dù）的研（yán）合效果。實（shí）踐表明，轉動的（de）結果隻會出現下列3 種（zhǒng）情況之一 。

      圖2a 所示，軸（zhóu）承外圈左移。軸的錐度（dù）偏大，即錐角α 大於標（biāo）準錐度（dù），可通過磨削減小錐角α 的方式來解決 。

      圖2b 所示，軸承外圈旋轉後（hòu）不偏不移占中，說明（míng）孔軸錐度相（xiàng）符，不用調整 。

      圖2c 所示，軸承外圈右移，說明軸的錐（zhuī）度偏小，可通（tōng）過增大（dà）錐角α 的方式解決 。

      應該指出的是在文獻 中描述的觀點（diǎn）過於理想化，隻把（bǎ）雙列向心短圓柱滾子軸承內孔1: 12 錐度作為模範看（kàn）; 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（jiàn）證明也過（guò）於簡單。

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

     裝配時兩件相對可能存在: ( 1) 錐度α 角同時偏大; ( 2) 錐度α 角（jiǎo）同時偏小; ( 3) 錐度α 角一個偏大而（ér）另一個（gè）偏小; ( 4) 錐度α 角一個合格另（lìng）一個偏大或偏小; ( 5) 錐度α 角都合格等。

     從而可以衍（yǎn）生出多種配合狀態，當然研合時不排斥（chì）孔軸錐度α 角同（tóng）時等值偏大或偏小的，但前提是偏大得合適或偏小得合適。

     一般地，軸承錐度內孔出現（xiàn）誤差的情況較少，這是由軸（zhóu）承批量化生（shēng）產規模較大、軸承產品製造設備（bèi）精密度高及檢測手段專業等特（tè）點所決定。砂輪主軸的（de）生產規（guī）模（mó）與（yǔ）軸承加工方（fāng）式無法相比，單靠磨床角度調整刻度和簡易質量控製措施是無法實現高的精度，因此砂輪主軸產生角度誤差的概（gài）率較大。

     另外，當砂輪主軸產生角度誤差如何修補研合過去未作詳細（xì）的探討，其實這是一個至關重要的環節，將在下節中（zhōng）詳細分析。

     2 、砂輪主軸（zhóu）總體結構的精密裝配

     2． 1 砂輪的拆卸和更換步驟

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

    ( 2) 在夾盤擰上吊環螺釘前應先拆卸（xiè）下前、後軸承的壓蓋。

    ( 3) 要將砂輪主軸整體吊出（chū），應（yīng）先從砂輪（lún）主軸傳動裝置後端把拉手（shǒu）拉出，脫開漸開線花鍵軸。

    ( 4) 把（bǎ）砂輪主軸放（fàng）置在預先準備好（hǎo）的支承座上直立固定，並使其垂直，擰下螺絲，卸（xiè）下砂輪端蓋，便可更換砂輪;

     ( 5) 新砂輪（lún）裝上前，應檢查質量是否合格，如有破損、裂紋等不良情況，絕（jué）對不能使用，否（fǒu）則砂（shā）輪工作時（shí）碎裂會危及安全或使主軸受強力衝（chōng）擊（jī）而報廢。若砂輪有受潮或局部淋水現象，必須待（dài）其幹燥後再作（zuò）安全檢查方可使（shǐ）用。

     ( 6) 新砂輪裝上夾盤後，必須進行靜平衡，然（rán）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 砂輪主軸的裝配過（guò）程

      ( 1) 砂輪主軸軸承在總體（tǐ）裝配過（guò）程中都（dōu）已調整好，在使（shǐ）用一段時間（jiān）至（zhì）重（chóng）新裝配之間可（kě）能需要作多次精度調整，包（bāo）括重新裝配的工作（zuò），這時注意切忌用鐵錘進行敲打，因（yīn）為主軸安裝有1: 12 的雙列向心短圓柱滾子軸承且精度（dù）比較（jiào）高，否則很容易喪失精度。

     ( 2) 砂輪主軸的長（zhǎng）期運行，使得雙列（liè）向（xiàng）心短（duǎn）圓柱滾子軸承的滾動體（tǐ）與內圈和外圈的接觸麵磨損使其間隙變大，致使軸承不能使用，需要拆卸更換軸承，這時要利用砂輪主軸上的拆（chāi）卸調整螺母（mǔ）4 推動調整套3 將1: 12 的軸承內圈卸下( 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（jiāng）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承上的防鏽潤滑脂用煤油清洗晾幹（gàn）。

     ( 4) 按類似於正常裝配過程進行“預裝配”檢驗（yàn）軸（zhóu）承錐度內孔或砂輪主軸錐度外徑的研合程度，這（zhè）時會有: ①研合度好直接裝配; ②研合度差需要研磨合（hé）格後才能裝配( 下節精密（mì）裝配要領詳述) 。

      ( 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）將軸承的內套與主軸接觸麵的相對位置，以（yǐ）及軸承外套與支承外套的接觸麵的相對（duì）位（wèi）置，做好記號，以（yǐ）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（chǎn）生（shēng）新的不必要的誤（wù）差。
 

      2． 3 砂輪（lún）主軸的精密裝配要領

     軸承錐度內孔與（yǔ）砂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（rú）下（xià）:

     ( 1) 檢查孔軸間相互差大（dà）小，若角度誤差大( 這種現象可能出現在孔或軸誤差相互達到相反極限條件下（xià），即一個偏最大而另（lìng）一個偏最小) 時，看一下砂輪主軸（zhóu）兩端頂尖孔的完好程度，按60° 中心孔( GB145—85) C 型帶螺（luó）紋的中心孔所規定的標（biāo）準判（pàn）斷，如頂尖孔完好（hǎo）可以（yǐ）采取磨床直接磨削加（jiā）工，配以雙列向心短圓柱（zhù）滾子軸承的內（nèi）圈（quān）著（zhe）色檢查，直到合（hé）格為（wéi）止。
  

     ( 2) 通（tōng）常狀況下大多可能出現角度相（xiàng）互差很小，磨床直接（jiē）加工很難調準微小角度。這時，消（xiāo）除這種角度誤差的辦法經實踐檢驗，采取白剛玉微粉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（jiào）標準的軸承內圈作研具來研磨主軸錐度，效果良好。這個方法經過（guò）多個實（shí）例分（fèn）析總結是可行的最佳方案，也是本文要討論的核心內容。應該說明的是煤油選擇洗滌煤（méi）油即可，雖然各種煤油的質量依次排序降低為: 航（háng）空、動（dòng）力、溶（róng）劑、燈用、燃料、洗滌煤油，但已基本滿足研磨條件。煤（méi）油作為研磨用的潤滑劑具備通過其調和的研磨劑要能均勻地（dì）粘吸在研磨工具上，它的粘度和稀釋力好，並有良好的潤滑性能且（qiě）能起到冷卻作用，無腐蝕，易洗滌。

      其中，研具可按如圖（tú）3a 所示（shì）的結構製作，以能夠使用方便為宜; 研磨方（fāng）法可按如圖（tú）3b 所示的方法操作，即第1 步沿順時針方向（xiàng）旋轉半周，第2 步沿逆時針方向旋轉半周，第3 步繞（rào）整個圓周旋轉1 圈，依此類推，以確保避免在操作的水（shuǐ）平等份軸線軸外徑有研磨盲區。

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

      標注的D0． 5—900，其中D 為氮化處理代表符號，0． 5 是滲氮層深度為0． 5 mm，900 為維氏（shì）硬度( 相當於洛氏硬度68 HRC 左右) 。滲氮的生產率低、成本高，要獲得0． 5 mm 厚的滲層，普通氮化一般需（xū）50 h 左右，也就是說每小時滲層厚隻能在0． 01 mm 左右。為使生產周期縮短，采用離子氮化（huà）或（huò）在NH3 的分（fèn）解氣體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）軸件材料（liào）及（jí）熱處理費用偏高，但從材料的優良性和（hé）砂輪軸使用效果及總體成本的權衡上還是利遠遠大於弊。

      砂（shā）輪主軸采用的材（cái）料為38CrMoAlA，是（shì）專用於強化氮化的鋼種。所謂氮（dàn）化處理，也稱滲氮，就是指將工件（jiàn）放在滲氮氣氛中，加熱到500 ～ 600 ℃使（shǐ）工件表麵（miàn）滲（shèn）入氮（dàn）原子形成氮化（huà）層的工藝（yì）過程。

      38CrMoAlA 中含有Al 元素與N 能形成顆粒細密、分布均勻、硬度很高（gāo）而且非常穩定的氮化物，如（rú）AlN，從而給（gěi）予氮化層以（yǐ）極高的硬度和耐磨性，其中（zhōng）與材料中含Cr、W 等合金元素比較，Al 的強化效果最佳。另外材料中含Mo 可以改善鋼的組織，提高鋼鐵強度和韌性，並有消除回火脆性的作用。由此38CrMoAlA 砂輪（lún）軸（zhóu）經氮化（huà）後可（kě）以（yǐ）形成外硬內韌的綜合機械性能效果，同時零（líng）件抗疲勞強（qiáng）度一般能提高25% ～ 30% 左（zuǒ）右。還有一定的熱（rè）硬性，而38CrMoAlA 在經過（guò）氮化處理（lǐ）後，在550 ℃的條件下運行硬度可達915 ～ 925 HV，在600 ℃的（de）條件下運行仍有850 ～ 870HV，是其它材料無法達到的。

      值得思考的是在砂（shā）輪主軸其滲氮（dàn）層深度僅為0． 5 mm，維氏硬度為900 的（de）工藝條件（jiàn）下，如（rú）何克服高（gāo）硬（yìng）表麵而又不失滲氮層厚度且能保證軸與孔研合度符合工藝標準，其研磨操作工（gōng）藝較難掌握。建議（yì）磨量較大硬（yìng）度較硬可在初始（shǐ）研磨時采用白剛玉微粉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，這樣（yàng）研配（pèi）效果（guǒ）較好。

      ( 4) 特別強調的是研（yán）磨後各個零件務必將研（yán）磨磨料用煤油洗滌幹淨，切忌白剛玉微粉帶到裝配的結構（gòu）內，以防軸承等（děng）零（líng）件加速損壞。

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

      依據設備的出廠要求，雙（shuāng）列向心短圓柱滾子軸承裝配後建（jiàn）議使用鋰基潤滑脂潤滑。軸承常用的潤滑脂有鈣基（jī）潤滑脂、鈉基潤滑脂（zhī）、鈣鈉（nà）基潤滑脂、鋰基潤滑脂、鋁基潤滑脂和二硫化鉬潤滑脂等。但經實踐中摸索總結添加白色特種潤滑脂2 號效果（guǒ）良好，其性能與適用範圍: 產（chǎn）品係采用脂肪酸皂稠（chóu）化精製礦物油，並加入添加劑精製（zhì）而成。具有優良的氧化穩定性、機械穩定性、膠（jiāo）體穩定性和抗水性。可適用於各種精密機床（chuáng）、儀器等潤滑。使用溫度範圍: － 20 ～ 100 ℃。產品標準: Q/SYRH2149—2008，為800 g /盒袋的盒裝產品，推薦使用（yòng）。軸承中充填潤滑脂的量，以充（chōng）滿軸承內部空間的（de）1 /2 ～ 1 /3 為適宜。高速時應減少至1 /3。過（guò）多的潤滑脂將使溫升增高。

      潤滑脂添加結束後，即可做全麵的安裝與調試，並用儀（yí）表測量支（zhī）承外（wài）套外徑（jìng）徑跳等項精度指標，直（zhí）到合格。

      3、 結語

     上述（shù）整個砂輪主軸的精密（mì）裝配過程（chéng），主要是指解決滾動軸承式結構中雙列向心短圓柱滾子軸承內（nèi）圈（quān）孔與主軸1: 12 錐度表麵產（chǎn）生角（jiǎo）度誤（wù）差的措施（shī）及具體操作方法（fǎ），對其中的用料作以詳細說明，是實踐中自行創建的工藝規程（chéng），值得推廣（guǎng）和（hé）借鑒。