丝锥磨床砂轮主轴的工艺研究

2020-03-26

技术与市场 2020年3期

(西北机器有限公司，陕西宝鸡 722405)

0 引言

砂轮轴是丝锥磨床核心零件，其工作性能直接影响到加工工件的质量(包括几何精度、表面粗糙度)和机床生产效率。同时主轴运动是主运动，其运动速度高、消耗功率大，因此对零件的精度、表面粗糙度要求非常高。为保证机床精度和加工性能，对此零件的关键性也不容忽视。

1 工艺分析

主要技术参数：①两支承轴颈Φ表面圆锥度及椭圆度允差为0.002 mm。两轴颈相对径向跳动量为0.002 mm，粗造度为0.025。②安装砂轮的1:5锥面相对支承轴颈的径向跳动量为0.002 mm，锥面涂色检验时应着色均匀，接触面积不少于80%。③前轴肩的端面与轴心线垂直度为0.001 mm。④两端中心孔为加工基准、必须精细研磨。⑤两端各螺纹必须磨制成。⑥该零件材料为38CrMnALA，两轴颈及两锥面氮化处理硬度HV900零件要求精度高、工艺要求全面，是工艺加工中的典型零件。⑦磨制螺纹M36X1.5-5 g和M33X1.5-5 g左及M20X1.5左—5 g。

对砂轮主轴的使用基准、主要表面的加工工序比较细致、合理，如对毛坯的要求经过锻造、正火。主要是对材料组织沿表面均匀分布，从而可以得到较高的抗拉、抗弯及扭转的强度、细化晶粒，有利于加工切削，并为调质处理作组织准备，对主要加工表面均作粗车、半精车、粗磨多次半精磨，最终进行了镜面磨削等多道工序的加工工序。同时，在半精加工中进行一些必不可少的热处理工序，以减少零件在加工过程中引起的变形。

2 材料分析

此砂轮主轴材质为38CrMoAlA，是高级氮化钢，具有高耐磨性。碳C：0.35～0.42，；硅Si：0.20～0.45；锰Mn：0.3～0.6；硫S：允许残余含量≤0.035；磷P：允许残余含量≤0.035；这种材料具有良好的综合物理性能，热处理性能比较好，渗透性较强。热处理工艺通常为调质加氮化。优点是预先热处理采用调质，以保证心部强韧性，最终氮化处理，调质后可获得综合性能(强度和韧性等)良好的机械性能。氮化后表面获得很高的表面硬度，达HV800以上，硬化层在0.3～0.5 mm，耐磨性好。

为了保证氮化处理的质量和主轴精度的稳定，合理地进行热处理工序是十分重要的一环。从工艺角度考虑，氮化处理前安排调质和消除内应力等热处理工序，调质处理对氮化主轴非常重要。对氮化主轴来说，不仅要求调质后获得均匀细致的索氏体组织，而且要求沿表面8～10 mm的表面层内的铁素体不得超过5%，由于表面的层铁素体的存在，会造成氮化后出现脆性。特别是清角处或尖角处会引起氮化质量低劣，因此氮化主轴在调质处理后，必须每件零件切试样片进行金相组织的检查，不合格者不得转入下道工序进行加工，消除内应力处理是氮化前必不可少的组织预处理。先后进行2次，第1次安排在调质后，半精加工放量在0.7～0.8，进行高温处理，消除原材料及切削过程中的变形；第2次主要是消除切削加工中的内应力变形。但由于氮化处理温度处于570 ℃中进行，因而选用了接近氮化温度的消除内应力处理温度。这样使氮化后尽量减少零件的变形量，以保证零件的精度和旋转的平稳性。

砂轮主轴上的螺纹要求是比较高的，三处的螺纹一端装砂轮，一端装皮带轮，中间是调整轴向串动螺纹。为了使砂轮轴转动平稳，车制的螺纹表面光洁度、垂直度都比较差，所以各螺纹的加工尽量采用磨制成，特别是调整螺纹精度较差，会影响磨床，装配后出现光洁度差、精度差等现象，对于六方面的加工工艺提高了对称度要求，主要是考虑到砂轮主轴转动平稳，减小离心力作用。

砂轮轴的支承颈表面粗糙度0.025及端面粗造度0.4的圆柱度为0.002 mm，垂直度为0.001及各有关跳动量为0.002 mm，这些要求都是在零件本身精度，也是在装配后对机床的检测精度，所以必须在高精度磨床上精加工成，由于上高精磨顺便对跳动量0.001圆锥面也由高精度磨制成。

3 机床分析

螺纹磨 Y7520K磨削螺纹时用白玉钢砂轮，砂轮转速2 140转/min，加冷却油，磨削60°槽成；Y7520W(K)螺纹磨床磨头结构，砂轮主轴前后均由外锥薄壁变形轴承支承，主轴与轴承的间隙在热平衡时为0.002 mm，由于间隙小，保证了主轴高的迥转精度。主轴前端由主轴轴肩支承的止推滑动轴承1，主轴后端有8根弹簧，通过一单列向心推力球轴承使主轴轴肩紧压在止推滑动轴承上，以控制砂轮主轴的轴向窜动。8根弹簧的总压力为25～30 kg。转动螺母可调节轴承的径向间隙。轴承润滑是采用专用油泵供给的压力油润滑。