王嬋娟，王軍團

針對M1432萬能（néng）外圓磨床的砂輪主軸回轉精度不高、精度保持性差、故障率高、軸承軸瓦調（diào）整困（kùn）難、使（shǐ）用壽命低以及難以滿足近年來對產品高精度和高（gāo）效率（lǜ）生產的要求等（děng）問題，運用（yòng）動靜壓技術對砂（shā）輪主（zhǔ）軸（zhóu）支承部分（fèn）進行（háng）改造（zào），取得非常好的效果。

M1432萬（wàn）能外（wài）圓磨床是一種應用範圍較廣的設備，它（tā）可以完成磨削公差等（děng）級為IT5～IT6工件（jiàn）的外圓和內（nèi）孔的加工工序。磨床的主要（yào）部件是磨頭，而磨（mó）頭中的砂輪主軸及其支（zhī）承部分（fèn）將直接影響磨削件的（de）加工（gōng）精度和表麵粗糙（cāo）度，是（shì）磨（mó）頭部（bù）件中（zhōng）的關鍵部分。

1.問題的提出（chū）

圖1所示為磨頭結構（gòu）圖（tú），磨頭主軸的前後徑向支承（chéng）均采用相同結構的“短三瓦（wǎ）”式的動壓滑（huá）動軸承。每一個滑動軸（zhóu）承由三塊扇形軸瓦組（zǔ）成。每塊軸瓦都支承在球（qiú）麵支承螺釘的球麵上。調節球麵（miàn）支承螺釘的位置，即可（kě）調整軸承的間隙（通（tōng）常間隙為0.015～0.025mm）。軸承在（zài）其工作過程中將形（xíng）成壓力油膜呈現液（yè）體摩（mó）擦工（gōng）作（zuò）狀態。動壓型液體滑動軸承（chéng）的油膜壓力形成原理如圖2所示（shì）。

當主軸停止不轉時（shí）， 由於主軸本身質量的緣故，軸與軸（zhóu）瓦金屬表麵直接接觸並形成楔形（xíng）縫隙。當主軸旋轉（zhuǎn）後，軸把吸附在軸頸表麵的油液，帶到軸頸和軸瓦內表麵之（zhī）間的楔形縫隙中，楔縫由（yóu）大變小， 使油液受到擠壓，形成油膜（mó）壓力（或稱壓力油楔）。當軸的轉速（sù）越高，油液在楔形隙縫中被擠壓的越緊，油膜壓力也就越高（gāo），主軸中心（xīn）越接近於軸承孔的中心。

短三瓦（wǎ）軸承是（shì）動壓型液體滑（huá）動軸承。當砂輪主軸（zhóu）旋轉後，三塊軸瓦各自（zì）在其球（qiú）麵螺釘的球頭（tóu）上擺動到（dào）平衡位置，形（xíng）成三（sān）個楔形縫隙，於是便形成三個壓力油楔。由於（yú）砂輪的主軸轉速較高，所（suǒ）以油楔的（de）作用力很大，將主軸浮起在三塊軸瓦之間。當砂輪主軸受到外界載荷而產生徑向偏移時， 在偏移（yí）方向處（chù）油楔縫隙變小，油膜壓力升高，而在相反方（fāng）向的油楔縫隙增大，油膜壓力減小，於是（shì），便產生了一個使砂輪主軸恢（huī）複到原中心位置的趨勢。因此，這種短三瓦雙向自定位的多油楔滑動（dòng）軸（zhóu）承的回轉精度和剛（gāng）度， 比普通的單油楔滑動軸承高。

2.改（gǎi）造的原因

從動（dòng）壓軸承的工作原（yuán）理可以看出， 軸承必須（xū）在一定（dìng）的轉速條件下， 才能形（xíng）成液體摩擦（壓力油膜）。當主軸處於起動和停止位置瞬間時，不能產生油膜潤滑， 主軸與軸承金屬表麵將直接接觸形成幹摩擦， 造成支承部分的磨損。M1432磨床是20世紀七八十年代的產品，使用時間較長，將造成（chéng）磨床主軸（zhóu）軸承磨損嚴重，主（zhǔ）軸（zhóu）與軸承之間的間隙增大， 主軸的（de）徑向跳動超差，軸頸與軸承表麵粗糙度值加大，其表麵形狀也將發（fā）生（shēng）變化，使其失去原有的（de）精（jīng）度（dù）。雖然可以采取刮研、調整間隙、鍍鉻、超（chāo）精磨或（huò）研磨主（zhǔ）軸（zhóu）頸及刮研箱體孔等措施。但是（shì）費工費時，同樣的故障還會經常發生。每一次砂輪主軸部件修複，磨床的精度都有不同程（chéng）度的損（sǔn）害。此外，為了保證砂輪主軸運（yùn）轉平穩，每次修複後都必須將裝（zhuāng）在主軸上（shàng）的（de）零件經過仔細平衡（特別是砂（shā）輪），然後才能將它們裝到主軸上，砂輪主軸的調整過程是比較繁瑣（suǒ）的（de）。而對於那（nà）些由於溫升過高（gāo）造成鉛（qiān）熔化析出（chū），使軸瓦表麵（miàn）變黑且有許多微孔的（de）軸瓦以（yǐ）及軸瓦（wǎ）表麵不是因為摩擦產生的非細絲狀磨痕等缺陷的（de）零部件，必須進行更換處理。特別是動（dòng）壓軸承起（qǐ）動力矩大，主軸軸心（xīn）將隨著外負載和轉速等工作條件變化而變化，其（qí）旋轉精度和穩定性有一定的限製，滿足不了當今隨著（zhe）產（chǎn）品精度要求提高和效率提高的生產需求。

3.方案的確定

針對M1432磨床中的磨頭主軸部分所存在的問題，決定對原主軸（zhóu）支承係統進行改造。應用（yòng）中航設備（bèi）研製廠生產的WMB型動靜壓混合滑動軸承、配套外磨組件和供油裝置，取代原支承係統中的動壓短三瓦軸承結構（gòu）。改造後的磨頭結構如圖3所示。

WMB型動（dòng）靜壓混合滑動軸承既綜合了液（yè）體動壓軸承和液體靜壓軸承的優點，又克服了各自缺點（diǎn）的一種新（xīn）型滑動軸承。它采用孔式供油和不等寬階梯封油邊的淺腔結構，將動壓軸承和靜壓軸承工作（zuò）原理（lǐ）進行（háng）疊加，把液（yè）體（tǐ）靜壓軸承的深油腔設計成隻是軸承半徑間隙的1～2倍的淺腔，通（tōng）過（guò）高壓油後（hòu），利用淺腔（qiāng）節流器的原理，使壓力油進入油腔（qiāng）中（zhōng）產生足夠大的靜壓承載力，將主軸懸浮在高壓油膜（mó）中間，從而起動力矩（jǔ）小、無機（jī）械磨損，克服了液體（tǐ）動壓軸（zhóu）承起動和停止時出現?幹磨擦造成（chéng）軸與軸（zhóu）承磨損的現象，提高了主軸的使用（yòng）壽命?精度保持性；主軸轉動後，淺腔與封油麵間又構成了階梯形楔形結（jié）構，在靜壓承載力（lì）的基礎上又疊加了動壓承載力，在主軸旋轉後油腔壓力表壓力可達196～245N/cm²，承載能力和剛度（dù）比主軸旋轉前的（de）壓力提高4倍（bèi）以上。由（yóu）於WMB型動（dòng）靜壓混合滑動軸承使其主軸始終處於懸浮狀態下工作，因（yīn）而具有很高的旋轉精度和運轉平穩性。而軸承的節（jiē）流器是由主軸和軸承表麵構成，主軸是轉動的，從而克服了節流器易堵塞（sāi）的缺點。

4.方（fāng）案實施

（1）主軸箱體軸承座孔的研磨。檢測箱體軸承座孔， 配磨研磨心棒。對主軸箱體上（shàng）的二（èr）軸承座孔進行（háng）研磨。研磨心棒在（zài）研磨時應與箱體垂直， 以免心棒的質量影響了孔的圓柱度， 精研後使其同軸度（dù）和圓度不大於0.003mm，表麵粗糙度值Ra=0.4μm。

（2）配磨軸承。測量軸承內孔，配磨1:10 000長250～300mm的（de）錐度心（xīn）軸，心軸的中心孔要研磨好。然後配磨軸承外徑，使軸承（chéng）座（zuò）孔與軸承外圓之間的間（jiān）隙在0.005～0.008mm，用手把軸承推入到箱體（tǐ）座孔中1/2以上長度，但不要超過3/4為宜。

（3）研磨（mó）軸承內孔。兩（liǎng）軸承裝入箱體後，再用（yòng）心軸研（yán）磨兩軸承內孔， 使其同軸度（dù）和圓度不大於0.003mm，研磨量不超過0.01mm。研（yán）磨（mó）完軸承內孔後（hòu），要（yào）用95%煤油和5%的主軸油混合液進行清洗。

（4）主軸修配。若（ruò）主軸有研傷、劃痕及圓（yuán）度誤（wù）差（chà）等輕度缺陷時，對其進（jìn）行拋光研磨處理（若研傷嚴（yán）重（chóng）或有裂紋，應更換主軸）：①修磨主軸兩端中心孔（kǒng），檢（jiǎn）驗其錐麵跳動，跳動值應小於0.005mm。②以軸承內孔為基（jī）準配磨主軸，使其間（jiān）隙處於（yú）0.025～0.03mm，兩軸頸圓度、同軸度和圓柱度均不得大於0.003mm，Ra=0.16μm。

（5）配置液壓（yā）係統（見圖4）。利用原主軸箱體內腔（qiāng）作為動靜壓混合滑動軸承液壓係統（tǒng）的油池，采用軸（zhóu）承與供油集成體配套使用的（de）方式。油池中的油液經過兩次粗、精濾油器的過濾進入兩個軸（zhóu）承油（yóu）腔內（nèi），並形成壓力油膜。將主軸（zhóu）與軸承隔開。液壓係統中的壓力繼電器的作用是使得主軸電動機在液壓係統未達到規定壓（yā）力時，不能起動運行。

（6）裝配前的清洗。按供油裝置說明書（shū）的要求進行清洗，主軸軸承裝配前對所（suǒ）有的管接頭、零件用煤油清洗幹淨，裝好供油裝置後，加入95%煤油和5%機油，開泵衝洗20min左右，隨後接通軸承進油接頭，開泵衝洗1h。裝入主軸後重新加（jiā）入主軸油。

（7）主軸運行（háng）調試。接通主軸油池， 調整供油壓力在1.2 ～1.4MPa，此時軸承油腔（qiāng）的靜壓力（lì）在0.7MPa左右，主軸應能隨油液的循環而產生輕快的自轉，自轉1h後無異（yì）常，再裝上皮帶起（qǐ）動砂（shā）輪電動機，油（yóu）腔的壓（yā）力應為靜（jìng）壓力的2～3倍，再（zài）運行2.5h左右，觀察軸承壓力應在允許範圍內即（jí）為正常。

5.結語

經過改造（zào）後的（de）主軸軸承係統，運行狀況良好，主軸在工作的過程中，幾乎沒有磨損，機床的精度保持性良好，工件的加工精度提高2～3倍，承載（zǎi）能（néng）力大幅度提高，可加（jiā）大（dà）磨削深度，提高功效3倍左（zuǒ）右，可以適應目前新產品（pǐn）對於加工精度和質量的需求，設備的維修方（fāng）便，由於（yú）主軸（zhóu）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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