絲錐磨床砂輪主軸的工藝研究

(西北機(jī)器有限公司，陜西 寶雞 722405)

0 引言

砂輪軸是絲錐磨床核心零件，其工作性能直接影響到加工工件的質(zhì)量(包括幾何精度、表面粗糙度)和機(jī)床生產(chǎn)效率。同時(shí)主軸運(yùn)動(dòng)是主運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度高、消耗功率大，因此對(duì)零件的精度、表面粗糙度要求非常高。為保證機(jī)床精度和加工性能，對(duì)此零件的關(guān)鍵性也不容忽視。

1 工藝分析

主要技術(shù)參數(shù)：①兩支承軸頸Φ表面圓錐度及橢圓度允差為0.002 mm。兩軸頸相對(duì)徑向跳動(dòng)量為0.002 mm，粗造度為0.025。②安裝砂輪的1:5錐面相對(duì)支承軸頸的徑向跳動(dòng)量為0.002 mm，錐面涂色檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)著色均勻，接觸面積不少于80%。③前軸肩的端面與軸心線垂直度為0.001 mm。④兩端中心孔為加工基準(zhǔn)、必須精細(xì)研磨。⑤兩端各螺紋必須磨制成。⑥該零件材料為38CrMnALA，兩軸頸及兩錐面氮化處理硬度HV900零件要求精度高、工藝要求全面，是工藝加工中的典型零件。⑦磨制螺紋M36X1.5-5 g和M33X1.5-5 g左及M20X1.5左—5 g。

對(duì)砂輪主軸的使用基準(zhǔn)、主要表面的加工工序比較細(xì)致、合理，如對(duì)毛坯的要求經(jīng)過鍛造、正火。主要是對(duì)材料組織沿表面均勻分布，從而可以得到較高的抗拉、抗彎及扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度、細(xì)化晶粒，有利于加工切削，并為調(diào)質(zhì)處理作組織準(zhǔn)備，對(duì)主要加工表面均作粗車、半精車、粗磨多次半精磨，最終進(jìn)行了鏡面磨削等多道工序的加工工序。同時(shí)，在半精加工中進(jìn)行一些必不可少的熱處理工序，以減少零件在加工過程中引起的變形。

2 材料分析

此砂輪主軸材質(zhì)為38CrMoAlA，是高級(jí)氮化鋼，具有高耐磨性。碳C：0.35～0.42，；硅Si：0.20～0.45；錳Mn：0.3～0.6；硫S：允許殘余含量≤0.035；磷P：允許殘余含量≤0.035；這種材料具有良好的綜合物理性能，熱處理性能比較好，滲透性較強(qiáng)。熱處理工藝通常為調(diào)質(zhì)加氮化。優(yōu)點(diǎn)是預(yù)先熱處理采用調(diào)質(zhì)，以保證心部強(qiáng)韌性，最終氮化處理，調(diào)質(zhì)后可獲得綜合性能(強(qiáng)度和韌性等)良好的機(jī)械性能。氮化后表面獲得很高的表面硬度，達(dá)HV800以上，硬化層在0.3～0.5 mm，耐磨性好。

為了保證氮化處理的質(zhì)量和主軸精度的穩(wěn)定，合理地進(jìn)行熱處理工序是十分重要的一環(huán)。從工藝角度考慮，氮化處理前安排調(diào)質(zhì)和消除內(nèi)應(yīng)力等熱處理工序，調(diào)質(zhì)處理對(duì)氮化主軸非常重要。對(duì)氮化主軸來說，不僅要求調(diào)質(zhì)后獲得均勻細(xì)致的索氏體組織，而且要求沿表面8～10 mm的表面層內(nèi)的鐵素體不得超過5%，由于表面的層鐵素體的存在，會(huì)造成氮化后出現(xiàn)脆性。特別是清角處或尖角處會(huì)引起氮化質(zhì)量低劣，因此氮化主軸在調(diào)質(zhì)處理后，必須每件零件切試樣片進(jìn)行金相組織的檢查，不合格者不得轉(zhuǎn)入下道工序進(jìn)行加工，消除內(nèi)應(yīng)力處理是氮化前必不可少的組織預(yù)處理。先后進(jìn)行2次，第1次安排在調(diào)質(zhì)后，半精加工放量在0.7～0.8，進(jìn)行高溫處理，消除原材料及切削過程中的變形；第2次主要是消除切削加工中的內(nèi)應(yīng)力變形。但由于氮化處理溫度處于570 ℃中進(jìn)行，因而選用了接近氮化溫度的消除內(nèi)應(yīng)力處理溫度。這樣使氮化后盡量減少零件的變形量，以保證零件的精度和旋轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性。

砂輪主軸上的螺紋要求是比較高的，三處的螺紋一端裝砂輪，一端裝皮帶輪，中間是調(diào)整軸向串動(dòng)螺紋。為了使砂輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，車制的螺紋表面光潔度、垂直度都比較差，所以各螺紋的加工盡量采用磨制成，特別是調(diào)整螺紋精度較差，會(huì)影響磨床，裝配后出現(xiàn)光潔度差、精度差等現(xiàn)象，對(duì)于六方面的加工工藝提高了對(duì)稱度要求，主要是考慮到砂輪主軸轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，減小離心力作用。

砂輪軸的支承頸表面粗糙度0.025及端面粗造度0.4的圓柱度為0.002 mm，垂直度為0.001及各有關(guān)跳動(dòng)量為0.002 mm，這些要求都是在零件本身精度，也是在裝配后對(duì)機(jī)床的檢測精度，所以必須在高精度磨床上精加工成，由于上高精磨順便對(duì)跳動(dòng)量0.001圓錐面也由高精度磨制成。

3 機(jī)床分析

螺紋磨 Y7520K磨削螺紋時(shí)用白玉鋼砂輪，砂輪轉(zhuǎn)速2 140轉(zhuǎn)/min，加冷卻油，磨削60°槽成；Y7520W(K)螺紋磨床磨頭結(jié)構(gòu)，砂輪主軸前后均由外錐薄壁變形軸承支承，主軸與軸承的間隙在熱平衡時(shí)為0.002 mm，由于間隙小，保證了主軸高的迥轉(zhuǎn)精度。主軸前端由主軸軸肩支承的止推滑動(dòng)軸承1，主軸后端有8根彈簧，通過一單列向心推力球軸承使主軸軸肩緊壓在止推滑動(dòng)軸承上，以控制砂輪主軸的軸向竄動(dòng)。8根彈簧的總壓力為25～30 kg。轉(zhuǎn)動(dòng)螺母可調(diào)節(jié)軸承的徑向間隙。軸承潤滑是采用專用油泵供給的壓力油潤滑。

4 結(jié)語

實(shí)踐證明：經(jīng)過幾批零件加工實(shí)踐，效果很好。主軸的精度表面粗糙度都達(dá)到了圖紙要求，零件表面硬度高、耐磨性好、使用壽命長、零件外觀質(zhì)量和精度保證了機(jī)床的高精度要求，得到了客戶的一致好評(píng)。