对主轴精密磨削工艺的探讨

摘 要 主轴精度是靠精密磨削的工艺实现的。本文分析了磨床加工时产生的振动、定位基准的选择、磨削用量的选择、砂轮的选择和修整、冷却液的选择，并提出具体方法以保证磨削精度。

关键词 主轴；磨床；砂轮；定位基准；磨削用量；冷却液

中图分类号TG7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）55-0104-02

主轴是机床的重要零件之一，主要用来传递动力和扭矩，有极高的旋转精度。它的精度直接影响机床的精度，主轴的最终精度要靠精密磨削来保证。

1.磨床振动的产生和消除

1.1振动的产生

磨床振动的根源分两种：一是磨床本身引起的振动，称为自激振动。主要来自磨床本身重要部件刚性及液压系统的平稳性、砂轮及电机的平衡性等。另一种是外界振源传递到磨床引起的振动，称为强迫振动。

1.2消除振动的方法

1.2.1 消除机械部分产生的振动

1）减少磨头主轴轴瓦间隙：（1）一般磨削时轴瓦间隙在0.02mm~0.04mm之间；（2）精磨主轴时间隙应调到0.008mm~0.012mm之间，使用恒温后间隙达到0.01mm~0.015mm之间；（3）高精磨主轴时间隙调到 0.006mm~0.007mm之间 ，使用恒温后间隙达到0.008mm~0.01mm；

2） 减少尾架体孔和尾架套筒间隙：（1）一般尾架套筒间隙在0.03mm左右；（2）主轴精磨时，尾架套筒间隙应调到0.008mm~0.012mm之间；（3）高精磨削时调到0.006mm~0.008mm之间。圆柱度为0.001mm~0.002mm；

3）对工作台和导轨仔细刮研，液压系统调试，更换不合格零件，工作台在8mm/min运行中无爬行现象。

1.2.2消除电机部分产生的振动

1）砂轮主轴电机改成双速电机。磨削主轴时用低速，修磨砂轮时用高速；或粗磨时用高速，精磨时用低速，可减少砂轮不平衡引起的振动；

2）砂轮电机转子进行动平衡。一般磨削电机转子可不进行平衡，动平衡时达到5g就能满足磨削要求。精磨主轴时电机转子平衡应在3g以内，高精磨削应在1g以内，电机座下垫上10mm厚的橡胶垫减振，消除电机振动对磨削精度的影响。

1.3减少砂轮引起的振动

不平衡的砂轮作高速旋转时产生使砂轮偏离轴心的离心力，引起磨床振动，使工件表面产生多角形振痕，主轴振动也会加快轴瓦磨损，更严重的造成砂轮碎裂。

砂轮不平衡主要是砂轮制造和安装不正确造成的，如砂轮各部分密度不均匀、端面不平行，外表面几何形状不正确，内、外圆周轴度差安装在法兰盘上产生偏心现象等。

安装砂轮时，砂轮孔与法兰盘轴颈配合过紧，可修复砂轮孔，不可用力压入，以免砂轮碎裂；如果太松，在砂轮中心与法兰盘轴颈垫上一层薄纸加以消除，如还不行，重新制作法兰盘。

砂轮两边法兰盘接触面积要相等，并在法兰盘端面和砂轮之间垫上1mm~2mm厚塑料衬垫，这样在压紧法兰盘后能使砂轮受力均匀。

砂轮平衡一般是静平衡，在平衡架上进行。砂轮在平衡架上任何位置都停止时（一般磨削时需控制4个点，磨主轴时需8个点，精密磨削要控制十六个点）说明砂轮已平衡。

新砂轮要经两次平衡，修正砂轮前先大致平衡一下，装上机床后修整砂轮外圆和两端面，拆下来再进行第二次平衡。砂轮用一段时间后，由于修磨去部分组织的差别，也使砂轮产生不平衡，还要进行平衡。

1.4消除外界振源引起的振动

外界振源的强烈振动或有固定频率的定期振动传递到机床后，引起机床强迫振动或共振，影响机床运动精度和主轴精磨精度。故磨床在地基上应加防震层，不允许较大振源在磨床附近。

2定位基础的选择

2.1精磨外圆定位基准的选择

精磨主轴外圆的定位基准有两种，一是采用锥堵定位法，二是中心孔定位法。

锥堵定位法能获得较高的加工精度。锥堵具有较高精度，锥堵顶尖孔既是锥堵本身制造的定位基准，又是磨削主轴的精基准。须保证锥堵上锥面与顶尖孔有较高的同轴度，且在使用锥堵过程中，减少追堵安装次数。适于批量小精度高的主轴生产。

中心孔定位法比锥堵定位法加工精度略低一些，优点是装卸方便，重复装卡定位基准不变，辅助时间缩短，生产效率高，适于大批量生产。加工较高精度的主轴，关键是提高中心孔的精度，具体做法是：1）主轴在精车时两端用锪钻钻成60度角；2）主轴淬火后在车床上卡、架锪研小端中心孔；3）外磨粗磨前，用万能磨磨大端60度角；4）外磨粗磨各外圆；5）万能磨卡、架倒大端60度角（必须严格保证）；6）在车床上用专用硬质合金顶尖研两端中心孔；7）以两端中心孔定位精磨各外圆。万能磨上磨中心孔后，又增加一道研磨工序，可大大提高中心孔表面粗糙度，提高中心孔几何形状精度，圆度可达到0.0004mm~0.0006mm，外圆圆度可达到0.001mm左右。

2.2精磨主轴内锥孔的定位基准和装卡方法

选用高精度外圆作精磨主轴内锥孔定位基准，可得到可靠性定位基准。有两种装卡方法加工内锥孔，一种是卡、架定位法，另一种是两V型架定位法。这两种定位法磨削内孔，都可得到高精度孔并满足圆跳动要求。卡、架定位法的优点是不需专用卡具，通用性强，加工不同规格主轴锥孔，只需按照外圆大小调整中心架的三个爪即可，注意卡盘爪要使用软爪，防止卡伤工件。缺点是定位误差大，对操作者技术水平要求高。

两V型架定位法优点是定位精度高，加工精度高。因两定位基准和检验基准、装配基准一致，工件定位精度由夹具来保证，不受头架回转误差及装卡误差的影响。缺点是定位夹具无通用性，一种规格的主轴要做一种支承块，夹具调整较复杂。

3 精磨主轴磨削用量的选用

磨削用量由砂轮线速度、工件的圆周速度、工件的纵向进给量和砂轮的横向进给量（磨削深度）决定，也称磨削用量的四要素。

3.1砂轮线速度V砂

砂轮外圆表面任一点在单位时间内经过的距离，单位是m/s，计算公式为：V砂 =（π・D砂・n砂 ）/1000（m/s）式中：D砂―砂轮直径； n砂－砂轮转速

3.2 工件的圆周速

V1：工件被磨削表面上任一点在单位时间内经过的距离，单位是米/分，计算公式为：V1 =（π・d1・n1 ）/1000（米/分）式中：d1-被磨工件表面直径；n1-被磨工件转速（转/分）

3.3 纵向进给量

S纵：工件每转一转相对砂轮在纵向行程所移动的距离，单位是毫米/每转。纵向进给量与砂轮的宽度有关。S纵=（0.2~0.8）B(毫米/每转) B=砂轮宽度

3.4横向进给量

t：砂轮在横向进给方向上每次移动的距离，单位是毫米。计算公式为：t=（D-d）/2 式中：D－被磨削表面直径；d－已磨削表面直径

磨削主轴外圆分粗磨、半精磨、精磨三道工序。磨削用量选择原则如下：1）砂轮线速度：粗磨时35m/s~50m/s。半精磨、精磨时20m/s~30m/s。2）工件圆周速度：V1=（1/80-1/60）・V秒・60（米/分）。精磨主轴时10米/分~20米/分。3）纵向进给量：粗磨时S=（0.3~0.85）B，半精磨、精磨时S=（0.05~2）B。4）横向进给量：粗磨时t=0.02mm~0.5mm，半精磨、精磨时t=0.005mm~0.15mm。

4砂轮的选择和修整

4.1砂轮的选择

磨主轴外圆时选用白刚玉（GB）砂轮，粒度：60#~80#，硬度：R3~ZR1，结合剂：陶瓷结合剂，有条件选t刚玉更好。

磨主轴锥孔时选棕刚玉砂轮（GE），粒度：80#~100#，硬度：R2~R3，结合剂为陶瓷结合剂，有条件选t刚玉的更好。

4.2砂轮修整用量的选择

4.2.1工作台速度

工作台速度低，修整的砂轮越平整。一般当表面粗糙度达～时，工作台速度应小于50mm/min；表面粗糙度达~时，工作台速度应小于25mm/min。

4.2.2金刚石横向进给量

横向进给量减小，修整的砂轮可取得较好微刃性。当粗糙度达～ 时，横向进给量取0.01mm~0.003mm。

4.2.3精修砂轮时，横向进给次数2～3次，无横向进给时，纵向进给一到两次，高的磨粒修平，松的磨粒修掉。

4.2.4修整砂轮时，要有充足的冷却液浇到修整区，冲刷修整掉的沙粒，避免金刚石因温度急剧上升而破裂。

5精磨主轴对冷却液的要求

精磨主轴时，工件材料变形的内摩擦和工件材料的外摩擦，产生大量的磨削热，使工件烧伤，产生裂纹并引起严重变形，因此冷却液对磨削有很大的作用。

另一作用是将磨屑和脱落的磨粒冲走以免划伤工件表面和堵塞砂轮。此外还有作用，减少磨粒和工件表面的磨擦，提高磨削工件的表面粗糙度。

冷却液要有良好的散热性，成分纯，无有毒腐蚀物质，有适当的性，无侵蚀砂轮结合剂的物质，能与水均匀混合，在水箱内不起泡。要清洁、无脏物、粉尘、铁屑等，一般选用乳化液为冷却液。

使用冷却液时应注意：1）直接浇注在工件与砂轮接触部位；2）流量要充足，均匀地喷射到整个砂轮宽度上；3）保持一定压力，保证冲入磨削区域。

总之，随着机械工业发展，高精度、智能化精密机床的比重逐渐增大，磨床也不例外。磨削领域的新技术、新成果、新工艺、新方法不断涌现，磨削加工也必然会发展到一个更高的水平。

参考文献

[1]刘蒲生.磨削用量及其选择(普通磨料磨具部分)[J].金刚石与磨料磨具工程，1981(3).

[2]王文经.磨削用量及其选择(超硬磨料部分)[J].金刚石与磨料磨具工程，1981(4).