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雙支承無心磨床砂輪主軸結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

2010-07-25 11:37:10倪永帥
軸承 2010年7期
關(guān)鍵詞:游隙滾子砂輪

倪永帥

(新鄉(xiāng)市派美柯精密機械有限公司,河南 新鄉(xiāng) 453000)

1 概述

無心磨床中,砂輪主軸是整個機床的關(guān)鍵部件,對整個機床的性能起著至關(guān)重要的作用。目前雙支承無心磨床砂輪主軸普遍采用如圖1所示結(jié)構(gòu),主軸由2套NN系列圓柱滾子軸承和成對雙聯(lián)角接觸球軸承支承,軸承的軸向定位和預(yù)緊通過主軸上的2個調(diào)整墊和精密鎖緊螺母來實現(xiàn)。下文通過兩方面對現(xiàn)用雙支承無心磨床砂輪主軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

圖1 雙支承無心磨床砂輪主軸結(jié)構(gòu)簡圖

2 改進(jìn)方案一

從主軸軸承的預(yù)緊和裝配方面對現(xiàn)用雙支承無心磨床砂輪主軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

2.1 現(xiàn)用主軸結(jié)構(gòu)存在的問題

通常,角接觸球軸承和圓柱滾子軸承的組合,可通過將圓柱滾子軸承的徑向內(nèi)部游隙設(shè)定為負(fù)值來施加徑向預(yù)緊。圓柱滾子軸承徑向游隙的測量方法有GN量規(guī)法和手感法,采用GN量規(guī)法時,不同的軸承外徑需要選擇不同規(guī)格的GN量規(guī),而GN量規(guī)價格較高,因此一般廠家都采用手感法。手感法是在軸承預(yù)緊后,用手轉(zhuǎn)動軸承的外圈,感覺其轉(zhuǎn)動的靈活程度,憑經(jīng)驗來判斷軸承預(yù)緊力的大小。

現(xiàn)用主軸(圖1)亦采用手感法判斷軸承預(yù)緊力大小,用調(diào)整墊的厚度來控制NN系列雙列圓柱滾子軸承的徑向游隙,從而調(diào)整預(yù)緊力。此方法對設(shè)備及技術(shù)力量不足的廠家來說,會對主軸精度產(chǎn)生較大的影響。因為圓柱滾子軸承的預(yù)緊要靠擰緊精密鎖緊螺母來實現(xiàn),軸向定位及徑向游隙都要靠調(diào)整墊來控制,而在裝配前調(diào)整墊厚度要正好符合NN系列雙列圓柱滾子軸承的預(yù)緊力要求的厚度,由于調(diào)整墊加工精度的原因,調(diào)整墊選配困難。當(dāng)擰緊精密鎖緊螺母對圓柱滾子軸承進(jìn)行預(yù)緊時,若調(diào)整墊厚度大于所需厚度,就會低于預(yù)期的軸承預(yù)緊力,造成主軸的剛性和回轉(zhuǎn)精度降低,主軸的振動和噪聲增大;當(dāng)調(diào)整墊的厚度小于所需厚度時,又會大于預(yù)期的軸承預(yù)緊力,增加軸承的摩擦,溫升過快,降低軸承的轉(zhuǎn)動效率和壽命。因此,用圖1所示的結(jié)構(gòu)對軸承進(jìn)行預(yù)緊時,很難將游隙一次性調(diào)好。若調(diào)不好,就要拆下軸承等相關(guān)零件,研磨調(diào)整墊。而磨削量的大小,理論上很難計算出,只能憑經(jīng)驗,效果很差。

2.2 改進(jìn)方案

改進(jìn)后主軸結(jié)構(gòu)如圖2所示。未改變支承軸承形式,只是增加了兩個精密鎖緊螺母7,9。此時,調(diào)整軸承徑向游隙時,先將精密鎖緊螺母7,9及調(diào)整墊3,4安裝于主軸上,旋轉(zhuǎn)精密鎖緊螺母7,9使調(diào)整墊離開NN系列雙列圓柱滾子軸承端面一定距離(不妨礙圓柱滾子軸承調(diào)整時的軸向移動即可),然后旋轉(zhuǎn)精密螺母1,6使軸承達(dá)到預(yù)期的預(yù)緊力,再將精密鎖緊螺母7,9旋回,使調(diào)整墊的兩端面與精密鎖緊螺母7,9端面和NN系列雙列圓柱滾子軸承的端面緊密接觸,最后再擰緊精密鎖緊螺母7,9上自帶的徑向鎖緊螺釘,固定鎖緊螺母。此主軸很容易達(dá)到預(yù)期的軸承預(yù)緊要求,而且軸承拆卸均比較方便。

圖2 改進(jìn)方案一的主軸結(jié)構(gòu)簡圖

3 改進(jìn)方案二

從主軸轉(zhuǎn)速、主軸軸承的選擇及主軸的加工和裝配方面對現(xiàn)用雙支承無心磨床砂輪主軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

3.1 現(xiàn)用主軸結(jié)構(gòu)存在的問題

NN系列雙列圓柱滾子軸承的內(nèi)錐孔與主軸1/12外錐配合情況及軸承徑向游隙的調(diào)整直接影響主軸的工作精度,一般要求主軸錐面接觸面積大于80%,主軸的徑向跳動在5μm以下,軸承的徑向游隙為5μm以下。為了達(dá)到以上要求,除了采用精度較高的軸承外,對主軸的要求也較高,兩錐端的同軸度要求在5μm以下,鎖緊螺母處主軸上的螺紋對主軸的跳動在8μm以下,調(diào)整墊兩端面的平行度一般要求在2μm以內(nèi),厚度誤差在5 μm以內(nèi)。因此,對加工及裝配技術(shù)水平不高的企業(yè),軸承的預(yù)緊和主軸精度很難保證如此高的精度。需要反復(fù)修整主軸精度,反復(fù)調(diào)整調(diào)整墊的平行度及厚度,嚴(yán)重影響零件的加工質(zhì)量和主軸軸承的壽命。另一方面主軸右端NN系列雙列圓柱滾子軸承滾子對中軸承外圈滾道的裝配,找正困難,也會引起諸多不良影響。

3.2 改進(jìn)方案

現(xiàn)用主軸雖具有良好的徑向和軸向剛度,但主軸支承精度低、高速性較差。目前,機床的磨削速度都要求在45 m/s以上,且加工出的滾子精度要求成批在Ⅱ級以上,為了適應(yīng)這種高速、高精度磨削,對主軸支承結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn),改進(jìn)后的主軸結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 改進(jìn)方案二的主軸結(jié)構(gòu)簡圖

改進(jìn)后的主軸全部由成對雙聯(lián)角接觸球軸承支承,取消了調(diào)整墊。成對雙聯(lián)角接觸球軸承承受載荷更大,使用壽命更長,定位精度更高,特別對轉(zhuǎn)速、剛度等都有較高要求的設(shè)備,成對雙聯(lián)角接觸球軸承為最佳選擇。由于取消了原主軸兩端的圓錐部分,加工時更容易保證主軸前、后兩端的同軸度。只要在加工內(nèi)、外隔套端面時同時進(jìn)行研磨,保證使內(nèi)、外隔套的長度相等,端面光滑、平行即可。

因取消了調(diào)整墊,也降低了裝配難度。改進(jìn)后的裝配工藝為:(1)將左、右兩端4套軸承用加熱器加熱,依次將軸承和隔套裝在主軸上;(2)旋轉(zhuǎn)精密鎖緊螺母到預(yù)期的軸承預(yù)緊力;(3)用螺釘將軸承套兩端的凸緣(骨架油封已安裝在凸緣內(nèi))與軸承套緊固在一起;(4)安裝砂輪(過程略)。改進(jìn)后的主軸結(jié)構(gòu)在裝配零件全部合格的前提下,裝配后的各項精度及轉(zhuǎn)速很容易達(dá)到設(shè)計要求,主軸的壽命也將大幅度提高。

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