李財（cái）林
（瓦房店軸承集團有限責任（rèn）公司）
摘 要：討論一種滾動軸承結（jié）構式加工（gōng）圓錐滾動體無心磨床砂輪軸精密裝配方（fāng）法，依據自行建立的雙列向心短圓柱滾子軸承1：12的內孔錐度與軸錐度研合度（dù）檢驗概念，發展和完善孔、軸配合產生角度誤差修磨及研合的措施，以其獨特的觀點剖析誤差（chà）產生的原因從而引導出解決問題的路徑，能夠對類似結構的裝配提供理論性指導意見，也可供機械加工設備的裝配及使用維修借鑒和參考。
無心磨床在軸承圓（yuán）錐滾動體加工過程中占配備設備總量比重較大（dà），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（wài）徑的作業要求，尤其在（zài）滾動體的（de）Z終成型高精（jīng）度磨削時更能凸顯出優勢。
砂輪軸部件（jiàn）和導輪軸部（bù）件係無心磨床的兩大核心部件，其精度好壞直接關係到產品的優良程度，尤其是砂輪軸（zhóu）對產品的（de）精（jīng）度影響更（gèng）大（dà）、更直接，因此保持好砂（shā）輪軸的精度以及維修過程中的精（jīng）密裝配是確保產品質的首要條（tiáo）件之一。
目前使用的（de）無心磨床（chuáng）規格種類很多，砂（shā）輪軸的結構也不（bú）盡相同，但（dàn）基本上可分為滑動軸承式結構和滾動軸承式結（jié）構兩種。其中（zhōng）滑動軸承式結構設備的占有（yǒu）量較大，滑動（dòng）軸承是一種滑動摩擦的軸承，它的主要特點是工（gōng）作可靠平穩，無噪音，潤滑（huá）油膜具（jù）有吸（xī）振能力，故能承（chéng）受較大的衝擊載荷，同時（shí）由於液體潤滑可以（yǐ）大大減小（xiǎo）摩擦損失和表麵摩擦，對於（yú）高轉速的機械有著（zhe）十分重要的意義，因此被廣泛（fàn）應用（yòng）：另一種就是滾動軸（zhóu）承式結（jié）構（gòu），隨著雙列（liè）向心短圓柱滾子（zǐ）軸承製造精度的不斷提升，和較之於（yú）滑動軸承裝配刮研等（děng）繁瑣操作以及對操作者技能門檻的過高要求，以其具有起動阻力小、精度高、耗油（yóu）漏油少、軸向尺寸小、維護簡單、精度可（kě）調、同規格的軸（zhóu）承易於互（hù）換及（jí）壽命長（zhǎng）等優點被新式無心磨床的砂輪軸結構所采納。而滾動軸承裝（zhuāng）配過程的方便性極大地提高了維修效率，加之（zhī）精密裝配方法的配套（tào）工藝，使其綜合性（xìng）能指標穩定可靠。
1、結構分析及角度誤差（chà）的產（chǎn）生
1.1結構分析
如圖1所示為某型圓錐滾動體無心（xīn）磨床砂輪主軸結構裝（zhuāng）配簡圖。通過圖中（zhōng）具體結（jié）構可以看出，砂輪主軸左右各裝有一套雙（shuāng）列向心短圓柱滾子軸承，同時（shí）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雖具有高的徑（jìng）向精（jīng）度和徑向承載能力但承受軸向力（lì）的能力較差，相應配以單列向心推力球軸承後（hòu）可（kě）形成既有很高的徑向精度又能承受很大（dà）軸向力（lì）的總體布局。
由圖1可以看出其左右兩端（duān）結構大體（tǐ）相同，以左端為例外麵由密封蓋、推力球軸承外圈、支（zhī）承外套、密封外套組（zǔ）成，軸部裝有彈簧卡、單列向心推力球軸承、雙調整螺母、張緊套、雙列（liè）向心短圓柱滾子軸承、調整套、骨架密封圈、內圈拆（chāi）卸調整（zhěng）螺母（mǔ）組成。
這一結構的關鍵點是雙列向心短圓柱滾子軸承裝配精度控製著砂輪主軸運行質（zhì）量。雙列（liè）向心（xīn）短圓柱滾（gǔn）子軸承的內孔是1：12錐度表麵，就是這一錐度表麵與軸的錐度外表麵研合（hé）度（dù）精（jīng）度與整個砂輪主軸精度密切關聯。這（zhè）裏將重點討論它。
1.2角度誤差的產生（shēng）
這裏所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（de）狀態，不含工藝範圍內的角度偏（piān）差。
無論存（cún）在角度誤差或者不存（cún）在角度誤差，在（zài）正式裝配之前都要采取（qǔ）“預裝配”的方法作初步判斷，以確定方案，達到（dào）精密裝配的目的。
根據文獻（xiàn）可以得知角度關係（xì）可能出現3種狀況（kuàng）。如圖2所示，在背（bèi）帽3背緊時，反複用手沿左右方向（xiàng）交替施（shī）力於軸（zhóu）承的外圈1，直至外圈不能沿軸向移動後，再加大力度後（hòu）確認外圈不能脫（tuō）離，再進入檢驗程序。
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斷孔與軸錐度的研合效果。實踐表明，轉動的（de）結果隻會出現下列3種情況之一（yī）。
圖2a所示，軸承外圈左移。軸的錐（zhuī）度偏大，即（jí）錐角α大於標準錐度，可通（tōng）過磨削減小錐角α的方式來（lái）解（jiě）決。
圖2b所示（shì），軸承外圈旋轉後不偏不（bú）移占中，說明孔軸錐度（dù）相符，不用調整。
圖2c所示，軸承（chéng）外圈右移，說明軸的錐度偏小，可通過（guò）增大錐（zhuī）角α的方式解決（jué）。
應該指出的是在文獻中描述的觀點過於理想化，隻把雙列向心短（duǎn）圓柱滾子軸承內（nèi）孔（kǒng）1：12錐度作（zuò）為模範（fàn）看：且種（zhǒng）現象中（zhōng）的“可通過磨削減小錐角（jiǎo）的方式來解決”，經過（guò）實踐證明也過於簡單。
實際操作中觀察發現，裝（zhuāng）配前單件可能存在（1）軸承錐度內孔的角度誤差：（2）主軸錐（zhuī）度外徑的角度誤差：（3）軸承錐度內孔和主軸錐度外徑同（tóng）時存在的角度（dù）誤差（chà）。
裝配時兩件相對可能存在：（1）錐度（dù）α角（jiǎo）同時偏大：（2）錐度α角同時偏（piān）小：（3）錐度α角一個偏（piān）大而另一個偏小：（4）錐度α角一個合格另一個（gè）偏大或偏小：（5）錐度α角都合格等。
從而可以衍生出多種配合狀態，當然研合（hé）時不排斥孔軸錐度α角同（tóng）時等值（zhí）偏大或偏小的，但前提是（shì）偏大得合（hé）適或偏小（xiǎo）得合適。
一般地，軸承錐度內孔出現誤差的情況較（jiào）少，這是由（yóu）軸承批量化生產規模較大、軸承產品（pǐn）製造設（shè）備精密（mì）度高及檢測手段專業等特點所決定。砂輪主軸的生產（chǎn）規模與軸（zhóu）承（chéng）加工方式（shì）無法相比，單靠磨床角度調整刻（kè）度和簡易質量控製措施是無法實現高的精度，因此砂輪主（zhǔ）軸（zhóu）產（chǎn）生角度誤差的概率較（jiào）大（dà）。
另外，當砂輪主軸產生角（jiǎo）度誤差如何修補研合（hé）過去未作詳細的探討，其實這是一個至關重（chóng）要的環節，將在下節中詳細分（fèn）析（xī）。
2、砂輪主軸總體結構的精密裝（zhuāng）配
2.1砂輪的（de）拆（chāi）卸和更換步驟
（1）砂輪主軸總體吊裝（zhuāng）過（guò）程要輕起輕放，以免主軸變形或影響（xiǎng）軸（zhóu）承精度。
（2）在夾盤擰上吊環螺釘前應先拆卸下前（qián）、後軸（zhóu）承的壓蓋。
（3）要將砂（shā）輪主軸整體吊出，應先從砂輪主軸傳動裝置後（hòu）端把拉手拉出（chū），脫開漸開線花鍵軸。
（4）把砂輪主軸放置在預先準備好的支承座上直（zhí）立固定，並使（shǐ）其垂直（zhí），擰下螺絲，卸下砂（shā）輪端蓋，便可更換砂輪。
（5）新砂輪（lún）裝上（shàng）前，應檢查質量是否合格，如有破損、裂紋等不良情況，不能使用，否則砂（shā）輪工作時碎裂（liè）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淋水現象，必須（xū）待其幹燥後再作安全檢查方可使用。
（6）新砂輪裝（zhuāng）上夾盤後，必（bì）須進行靜平衡，然（rán）後方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（zhóu）的裝配過程
（1）砂輪（lún）主軸軸承在總體（tǐ）裝配過程中都已調整好，在使用一段時間至重新裝（zhuāng）配之間可能需要作多次精度（dù）調整（zhěng），包括重新裝（zhuāng）配的工作，這時注意切忌用鐵錘進行敲打（dǎ），因為主（zhǔ）軸安裝有1：12的雙列向心短圓（yuán）柱滾子軸承（chéng）且精度（dù）比較（jiào）高，否（fǒu）則很容易喪失精（jīng）度。
（2）砂輪主軸的長期運行，使得雙列向心短圓（yuán）柱滾子軸承的滾動體與內圈和（hé）外圈的接觸（chù）麵磨損使其間隙變（biàn）大，致使軸承不能（néng）使用，需要拆卸（xiè）更換（huàn）軸承，這時要利用砂輪主軸上（shàng）的拆卸調整螺母4推動（dòng）調整套3將1：12的軸承（chéng）內圈卸下（見圖（tú）1），並建議同（tóng）時更換單列向心推力（lì）球軸承。
（3）清洗（xǐ）砂（shā）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承上的防鏽潤滑脂用煤油清洗晾幹。
（4）按類似於正常裝配過程進（jìn）行“預裝配”檢驗軸（zhóu）承錐度內孔或砂輪主軸錐度外徑的研合程度，這時會（huì）有：①研合度好直接裝配：②研合度差需要研磨合格後才能裝配。
（5）當認定可以裝配後，需要重新進行測量（liàng），經過計算將調（diào）整套3磨至計算的厚度，厚度不夠應加墊或重新換套（tào），然後進行軸承的（de）裝配。Z好（hǎo）將軸承的內套與主軸接觸麵的相對（duì）位（wèi）置，以及軸承外套與支承外套的接觸麵的（de）相對位置，做好記號（hào），以便重新組裝時，按原位置進行裝配，這樣可以避免由於不在（zài）原（yuán）始位（wèi）置而產生新的不必要（yào）的誤差。
2.3砂輪主軸的精（jīng）密裝配要領
軸承錐度內孔與砂輪主軸錐度外徑的研合，即砂輪主軸的精密裝配，其具體步驟如下：
（1）檢查孔軸（zhóu）間相互差大小，若角度（dù）誤（wù）差（chà）大（這種現象可能出現在孔或（huò）軸誤差相（xiàng）互達到相反極限條件下，即一個偏Z大而另一個偏Z小）時，看（kàn）一下砂輪主軸兩端頂尖孔的（de）完（wán）好程度，按60°中心孔（GB145—85）C型帶螺紋的中心孔所規定的標準判斷，如頂尖孔完好可（kě）以采取磨床直接（jiē）磨削加工，配以雙列向心短圓柱滾子軸承的（de）內圈著色檢查，直到合格為止。
（2）通常狀況下大多可能（néng）出現角度相互差（chà）很小，磨床直接（jiē）加工很難調準微小角度。這時，消除這種角度誤差的（de）辦法（fǎ）經實踐檢驗，采取白（bái）剛玉（yù）微粉WA，粒度W10～5（GB2476—2483—83），用（yòng）適度（dù）的煤油調和（hé），再配以用過的角度比較標準的軸承內圈作研具來研（yán）磨主軸錐度，效果良好。這個（gè）方法經過多個實例分析總結是可行的Z佳方案（àn），也是本文要討論的核心內容（róng）。應該說明的是煤油選擇洗滌（dí）煤（méi）油即可，雖然各種煤油的（de）質量依（yī）次排序降低為：航空（kōng）、動力、溶劑、燈（dēng）用、燃料、洗滌煤油，但已基本滿足研磨條件。煤油作為研磨用的（de）潤滑劑具備通過其調和的研磨劑要能均勻地粘吸在研磨工（gōng）具上，它（tā）的粘度和稀釋力好，並有良好的潤滑性能且能起到（dào）冷卻（què）作用，無腐蝕，易洗滌。
其中，研具可按如（rú）圖3a所示的結構（gòu）製作，以能夠使用方便為宜（yí）：研磨（mó）方法可按如圖3b所示（shì）的方法操作，即第1步沿順時針方向旋（xuán）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（xuán）轉（zhuǎn）1圈，依此類推（tuī），以確保避免在操作的水平等份軸（zhóu）線軸外徑有研磨盲區。
（3）根據砂（shā）輪主（zhǔ）軸的技術要求分析：①1：12錐麵用著色法檢查，實際接觸長度與（yǔ）工作（zuò）長度的接（jiē）觸比不低於85%且靠（kào）近小（xiǎo）端：②除螺紋等處外熱處理條（tiáo）件D0.5-900。
標注的（de）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0.5mm，900為維氏硬度（相當於洛氏硬度68HRC左右）。滲氮的生產率低、成（chéng）本高，要獲得0.5mm厚的滲層，普通氮化（huà）一（yī）般需50h左右，也就是說每小時滲層厚隻能在0.01mm左右。為使生產周期縮短，采用離子氮化或在NH3的分（fèn）解氣體中（zhōng）進行氣體（tǐ）氮化等都能提高其生產率。雖然38CrMoAlA材料相對其它軸件材料及熱處理費用偏高，但從材料的優良性和砂（shā）輪軸使用效果及總體成（chéng）本的權衡上還（hái）是利遠遠大於弊。
砂輪主軸采用的材料為38CrMoAlA，是專用於強化氮化的鋼種。所（suǒ）謂氮化處理，也稱滲氮，就是指將工件（jiàn）放在滲（shèn）氮氣氛中，加熱到500～600℃使工件表麵滲入氮原子（zǐ）形成氮化層的工藝過程（chéng）。
38CrMoAlA中含有Al元素與N能形成顆粒細密、分布均勻、硬（yìng）度很高而且非常穩（wěn）定（dìng）的氮化物，如AlN，從而給予氮化層以極高的硬度和耐（nài）磨性，其（qí）中與材料中含Cr、W等（děng）合金元素比較，Al的強化效果Z佳。另外材料中（zhōng）含Mo可以改善鋼的（de）組織，提（tí）高鋼鐵（tiě）強度和韌性（xìng），並有消除回火脆性的作用。由此（cǐ）38CrMoAlA砂輪軸經（jīng）氮化後可以形成（chéng）外硬內韌的綜合機（jī）械性能效果（guǒ），同時零件抗疲勞強度一（yī）般能提高25%～30%左右。還有一定的熱硬性，而（ér）38CrMoAlA在經過氮化處理後，在550℃的條件（jiàn）下運行硬度可達915～925HV，在600℃的條件下運行仍有850～870HV，是其它材料無法達到的。
值得思考的是在砂（shā）輪主軸其滲氮層深度僅（jǐn）為（wéi）0.5mm，維氏硬度為（wéi）900的工藝條件下，如何克服高硬表（biǎo）麵而又不失滲氮層厚（hòu）度且能保證軸與孔研合度符合工藝標準（zhǔn），其研磨操作工藝較難（nán）掌握。建議磨量較大硬度較硬可在（zài）初始研磨時采用白剛玉微粉WA，粒度W20粗研（yán）磨，下一步采用W10半精研磨，Z後采（cǎi）用（yòng）W5精研磨（mó），這樣研配效果較好。
（4）特別強調的是研磨後各個零件務必（bì）將研磨磨料用煤油洗滌幹淨，切忌白剛玉微粉帶到裝配（pèi）的結構內，以防軸承等零件加速損壞。
將研磨清潔（jié）後的各個零件及軸承等（děng）按正常的工藝過程裝（zhuāng）配，調試合（hé）格（gé）後即完成了初步的精密裝配工作。
依據設備的出廠要求（qiú），雙列向心短圓柱滾子軸承（chéng）裝配後建議使用鋰基（jī）潤滑脂潤滑。軸承常用的潤滑脂有鈣基潤滑脂、鈉基潤滑脂、鈣鈉基（jī）潤滑脂、鋰（lǐ）基潤滑脂、鋁基潤滑脂和二硫化鉬潤滑脂等。但經實踐中摸（mō）索總結添加白色特種潤滑（huá）脂（zhī）2號效果良好，其性能與適用範圍：產品係采用脂肪酸皂稠化精製礦物油，並加入添加劑精製而成。具有優良的氧化穩定性、機械穩定性、膠體穩定性和抗水性。可適用於各種精（jīng）密機床、儀器等潤滑。使用溫度範圍（wéi）：-20～100℃。產品標（biāo）準：Q/SYRH2149-2008，為（wéi）800g/盒袋的盒裝產品，推薦使用。軸承中充填潤滑脂的量，以（yǐ）充滿軸承內部空間的1/2～1/3為（wéi）適宜。高速時應減少至1/3。過多的（de）潤滑脂將使溫升增高。
潤滑脂添加結束後，即可做全麵的安（ān）裝與調試，並用儀表測（cè）量支承外套外（wài）徑徑跳等項精（jīng）度指標，直到合格。
3、結語
上述整個砂輪主軸的精密裝配（pèi）過程（chéng），主要是指解決滾動軸承式結構中雙列向心短圓柱（zhù）滾子軸承內圈孔與（yǔ）主軸1：12錐度表麵產生角度誤差的措施及具體操作（zuò）方法，對其中的用料作以詳細說明，是實踐中自行（háng）創建的工藝規程（chéng），值得推廣和借鑒。
