M1432萬(wàn)能外圓磨床砂輪主軸的改造

王嬋娟，王軍團(tuán)

針對(duì)M1432萬(wàn)能外圓磨床的砂輪主軸回轉(zhuǎn)精度不高、精度保持性差、故障率高、軸承軸瓦調(diào)整困難、使用壽命低以及難以滿足近年來(lái)對(duì)產(chǎn)品高精度和高效率生產(chǎn)的要求等問(wèn)題，運(yùn)用動(dòng)靜壓技術(shù)對(duì)砂輪主軸支承部分進(jìn)行改造，取得非常好的效果。

M1432萬(wàn)能外圓磨床是一種應(yīng)用范圍較廣的設(shè)備，它可以完成磨削公差等級(jí)為IT5～I(xiàn)T6工件的外圓和內(nèi)孔的加工工序。磨床的主要部件是磨頭，而磨頭中的砂輪主軸及其支承部分將直接影響磨削件的加工精度和表面粗糙度，是磨頭部件中的關(guān)鍵部分。

1.問(wèn)題的提出

圖1所示為磨頭結(jié)構(gòu)圖，磨頭主軸的前后徑向支承均采用相同結(jié)構(gòu)的“短三瓦”式的動(dòng)壓滑動(dòng)軸承。每一個(gè)滑動(dòng)軸承由三塊扇形軸瓦組成。每塊軸瓦都支承在球面支承螺釘?shù)那蛎嫔?。調(diào)節(jié)球面支承螺釘?shù)奈恢茫纯烧{(diào)整軸承的間隙（通常間隙為0.015～0.025mm）。軸承在其工作過(guò)程中將形成壓力油膜呈現(xiàn)液體摩擦工作狀態(tài)。動(dòng)壓型液體滑動(dòng)軸承的油膜壓力形成原理如圖2所示。

當(dāng)主軸停止不轉(zhuǎn)時(shí)， 由于主軸本身質(zhì)量的緣故，軸與軸瓦金屬表面直接接觸并形成楔形縫隙。當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)后，軸把吸附在軸頸表面的油液，帶到軸頸和軸瓦內(nèi)表面之間的楔形縫隙中，楔縫由大變小， 使油液受到擠壓，形成油膜壓力（或稱壓力油楔）。當(dāng)軸的轉(zhuǎn)速越高，油液在楔形隙縫中被擠壓的越緊，油膜壓力也就越高，主軸中心越接近于軸承孔的中心。

短三瓦軸承是動(dòng)壓型液體滑動(dòng)軸承。當(dāng)砂輪主軸旋轉(zhuǎn)后，三塊軸瓦各自在其球面螺釘?shù)那蝾^上擺動(dòng)到平衡位置，形成三個(gè)楔形縫隙，于是便形成三個(gè)壓力油楔。由于砂輪的主軸轉(zhuǎn)速較高，所以油楔的作用力很大，將主軸浮起在三塊軸瓦之間。當(dāng)砂輪主軸受到外界載荷而產(chǎn)生徑向偏移時(shí)， 在偏移方向處油楔縫隙變小，油膜壓力升高，而在相反方向的油楔縫隙增大，油膜壓力減小，于是，便產(chǎn)生了一個(gè)使砂輪主軸恢復(fù)到原中心位置的趨勢(shì)。因此，這種短三瓦雙向自定位的多油楔滑動(dòng)軸承的回轉(zhuǎn)精度和剛度， 比普通的單油楔滑動(dòng)軸承高。

2.改造的原因

從動(dòng)壓軸承的工作原理可以看出， 軸承必須在一定的轉(zhuǎn)速條件下， 才能形成液體摩擦（壓力油膜）。當(dāng)主軸處于起動(dòng)和停止位置瞬間時(shí)，不能產(chǎn)生油膜潤(rùn)滑， 主軸與軸承金屬表面將直接接觸形成干摩擦， 造成支承部分的磨損。M1432磨床是20世紀(jì)七八十年代的產(chǎn)品，使用時(shí)間較長(zhǎng)，將造成磨床主軸軸承磨損嚴(yán)重，主軸與軸承之間的間隙增大， 主軸的徑向跳動(dòng)超差，軸頸與軸承表面粗糙度值加大，其表面形狀也將發(fā)生變化，使其失去原有的精度。雖然可以采取刮研、調(diào)整間隙、鍍鉻、超精磨或研磨主軸頸及刮研箱體孔等措施。但是費(fèi)工費(fèi)時(shí)，同樣的故障還會(huì)經(jīng)常發(fā)生。每一次砂輪主軸部件修復(fù)，磨床的精度都有不同程度的損害。此外，為了保證砂輪主軸運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，每次修復(fù)后都必須將裝在主軸上的零件經(jīng)過(guò)仔細(xì)平衡（特別是砂輪），然后才能將它們裝到主軸上，砂輪主軸的調(diào)整過(guò)程是比較繁瑣的。而對(duì)于那些由于溫升過(guò)高造成鉛熔化析出，使軸瓦表面變黑且有許多微孔的軸瓦以及軸瓦表面不是因?yàn)槟Σ廉a(chǎn)生的非細(xì)絲狀磨痕等缺陷的零部件，必須進(jìn)行更換處理。特別是動(dòng)壓軸承起動(dòng)力矩大，主軸軸心將隨著外負(fù)載和轉(zhuǎn)速等工作條件變化而變化，其旋轉(zhuǎn)精度和穩(wěn)定性有一定的限制，滿足不了當(dāng)今隨著產(chǎn)品精度要求提高和效率提高的生產(chǎn)需求。

3.方案的確定

針對(duì)M1432磨床中的磨頭主軸部分所存在的問(wèn)題，決定對(duì)原主軸支承系統(tǒng)進(jìn)行改造。應(yīng)用中航設(shè)備研制廠生產(chǎn)的WMB型動(dòng)靜壓混合滑動(dòng)軸承、配套外磨組件和供油裝置，取代原支承系統(tǒng)中的動(dòng)壓短三瓦軸承結(jié)構(gòu)。改造后的磨頭結(jié)構(gòu)如圖3所示。

WMB型動(dòng)靜壓混合滑動(dòng)軸承既綜合了液體動(dòng)壓軸承和液體靜壓軸承的優(yōu)點(diǎn)，又克服了各自缺點(diǎn)的一種新型滑動(dòng)軸承。它采用孔式供油和不等寬階梯封油邊的淺腔結(jié)構(gòu)，將動(dòng)壓軸承和靜壓軸承工作原理進(jìn)行疊加，把液體靜壓軸承的深油腔設(shè)計(jì)成只是軸承半徑間隙的1～2倍的淺腔，通過(guò)高壓油后，利用淺腔節(jié)流器的原理，使壓力油進(jìn)入油腔中產(chǎn)生足夠大的靜壓承載力，將主軸懸浮在高壓油膜中間，從而起動(dòng)力矩小、無(wú)機(jī)械磨損，克服了液體動(dòng)壓軸承起動(dòng)和停止時(shí)出現(xiàn)?干磨擦造成軸與軸承磨損的現(xiàn)象，提高了主軸的使用壽命?精度保持性；主軸轉(zhuǎn)動(dòng)后，淺腔與封油面間又構(gòu)成了階梯形楔形結(jié)構(gòu)，在靜壓承載力的基礎(chǔ)上又疊加了動(dòng)壓承載力，在主軸旋轉(zhuǎn)后油腔壓力表壓力可達(dá)196～245N/cm²，承載能力和剛度比主軸旋轉(zhuǎn)前的壓力提高4倍以上。由于WMB型動(dòng)靜壓混合滑動(dòng)軸承使其主軸始終處于懸浮狀態(tài)下工作，因而具有很高的旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。而軸承的節(jié)流器是由主軸和軸承表面構(gòu)成，主軸是轉(zhuǎn)動(dòng)的，從而克服了節(jié)流器易堵塞的缺點(diǎn)。

4.方案實(shí)施

（1）主軸箱體軸承座孔的研磨。檢測(cè)箱體軸承座孔， 配磨研磨心棒。對(duì)主軸箱體上的二軸承座孔進(jìn)行研磨。研磨心棒在研磨時(shí)應(yīng)與箱體垂直， 以免心棒的質(zhì)量影響了孔的圓柱度， 精研后使其同軸度和圓度不大于0.003mm，表面粗糙度值Ra=0.4μm。

（2）配磨軸承。測(cè)量軸承內(nèi)孔，配磨1:10 000長(zhǎng)250～300mm的錐度心軸，心軸的中心孔要研磨好。然后配磨軸承外徑，使軸承座孔與軸承外圓之間的間隙在0.005～0.008mm，用手把軸承推入到箱體座孔中1/2以上長(zhǎng)度，但不要超過(guò)3/4為宜。

（3）研磨軸承內(nèi)孔。兩軸承裝入箱體后，再用心軸研磨兩軸承內(nèi)孔， 使其同軸度和圓度不大于0.003mm，研磨量不超過(guò)0.01mm。研磨完軸承內(nèi)孔后，要用95%煤油和5%的主軸油混合液進(jìn)行清洗。

（4）主軸修配。若主軸有研傷、劃痕及圓度誤差等輕度缺陷時(shí)，對(duì)其進(jìn)行拋光研磨處理（若研傷嚴(yán)重或有裂紋，應(yīng)更換主軸）：①修磨主軸兩端中心孔，檢驗(yàn)其錐面跳動(dòng)，跳動(dòng)值應(yīng)小于0.005mm。②以軸承內(nèi)孔為基準(zhǔn)配磨主軸，使其間隙處于0.025～0.03mm，兩軸頸圓度、同軸度和圓柱度均不得大于0.003mm，Ra=0.16μm。

（5）配置液壓系統(tǒng)（見(jiàn)圖4）。利用原主軸箱體內(nèi)腔作為動(dòng)靜壓混合滑動(dòng)軸承液壓系統(tǒng)的油池，采用軸承與供油集成體配套使用的方式。油池中的油液經(jīng)過(guò)兩次粗、精濾油器的過(guò)濾進(jìn)入兩個(gè)軸承油腔內(nèi)，并形成壓力油膜。將主軸與軸承隔開(kāi)。液壓系統(tǒng)中的壓力繼電器的作用是使得主軸電動(dòng)機(jī)在液壓系統(tǒng)未達(dá)到規(guī)定壓力時(shí)，不能起動(dòng)運(yùn)行。

（6）裝配前的清洗。按供油裝置說(shuō)明書(shū)的要求進(jìn)行清洗，主軸軸承裝配前對(duì)所有的管接頭、零件用煤油清洗干凈，裝好供油裝置后，加入95%煤油和5%機(jī)油，開(kāi)泵沖洗20min左右，隨后接通軸承進(jìn)油接頭，開(kāi)泵沖洗1h。裝入主軸后重新加入主軸油。

（7）主軸運(yùn)行調(diào)試。接通主軸油池， 調(diào)整供油壓力在1.2 ～1.4MPa，此時(shí)軸承油腔的靜壓力在0.7MPa左右，主軸應(yīng)能隨油液的循環(huán)而產(chǎn)生輕快的自轉(zhuǎn)，自轉(zhuǎn)1h后無(wú)異常，再裝上皮帶起動(dòng)砂輪電動(dòng)機(jī)，油腔的壓力應(yīng)為靜壓力的2～3倍，再運(yùn)行2.5h左右，觀察軸承壓力應(yīng)在允許范圍內(nèi)即為正常。

5.結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)改造后的主軸軸承系統(tǒng)，運(yùn)行狀況良好，主軸在工作的過(guò)程中，幾乎沒(méi)有磨損，機(jī)床的精度保持性良好，工件的加工精度提高2～3倍，承載能力大幅度提高，可加大磨削深度，提高功效3倍左右，可以適應(yīng)目前新產(chǎn)品對(duì)于加工精度和質(zhì)量的需求，設(shè)備的維修方便，由于主軸與軸瓦不易磨損，使得磨床的使用壽命也得以提升。

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