第５卷第４期 ２０１０年１ ２月 陕西工业职业技术学院学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈａａｎｘｉ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｖ０１．５ ＮＯ．４
Ｄｅｅ．２ ０ １ ０
磨床砂轮架主轴窜动故障的分析与排除
陈开君 ，范庆云
（１．陕西工业职业技术学院教务处，陕西咸阳７１２０００；２．陕西工业职业技术学院咸阳机床厂，陕西咸阳７１２０００）
摘要：对高速、中等栽荷的万能工具磨床在出厂前的总装试磨中出现的轴向窜动问题，通过对砂轮架主轴的角接
触球轴承支承结构分析，认为是原设计的轴承预紧弹簧支撑套与主轴套筒内孔间的０ｒｎｍ￣０．Ｏ０５ｍｍ间隙过小，增
大到０．Ｏ０３ｍｍ￣Ｏ．００６ ｒｎｌＴｌ后顺利排除故障。
关键词：砂轮架；主轴支承；角接触球轴承；轴向窜动；故障分析
中图分类号：ＴＧ５８０．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：９４５９－－２０１０（４）一００１７一Ｏ３
Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｅｘｃｕｌｓｉｏｎ ｏｆ Ｇｒｉｎｄｅｒ Ｇｒｉｎｄｉｎｇ Ｃａｒｒｉａｇｅ
Ｓｐｉｎｄｌｅ Ａｘｉａｌ Ｍｏｖｅｍｅｎｔ Ｆａｕｌｔ
Ｃｈｅｎ Ｋａｉｊ ｕｎ ，Ｆａｎ Ｑｉｎｇｙｕｎ
（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｅａｃｈｉｎｇ Ａｆｆａｉｒｓ；Ｓｈａａｎｘｉ Ｐｏｔｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉａｎｙａｎｇ Ｓｈａａｎｓｉ ７１２０００
２．Ａｔｔａｃｈｅｄ Ｆａｃｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｈａａｎｘｉ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉａｎｙａｎｇ Ｓｈａａｎｘｉ ７１２０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａｉｍｓ ａｔ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ，ｍｉｄ—ｌｏａｄ ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｔｏｏｌ ｇｒｉｎｄｅｒ’Ｓ ａｘｉａｌ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｐｒｏｂｌｅｍ ｓｈｏｗｎ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｎａｌ
ａｓｓｅｍｂｌｙ ｔｅｓｔ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｂｅｆｏｒｅ ｌｅａｖｅ ｆａｃｔｏｒｙ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｃａｒｒｉａｇｅ ａｎｇｕｌａｒ ｃｏｎｔａｃｔ ｂａｌｌ
ｂｅａｒｉｎｇ。ｆｏｕｎｄｉｎｇ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎ ｗａｓ ｔｈｅ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｂｅａｔｉｎｇ ｐｒｅｌｏａｄ ｓｐｒｉｎｇ’Ｓ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｓｌｅｅｖｅ ａｎｄ ｓｐｉｎｄｌｅ ｓｌｅｅｖｅ’Ｓ ｉｎ— ｎｅｒ ｈｏｌｅ ｔｏｏ ｓｍａｌｌ ｉｎ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ｉｓ ｓｏｌｖｅｄ ａｆｔｅｒ ｅｘｔｅｎｄｉｎｇ ｔｈｅ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｔｏ ０．Ｏ０３ｍｍ￣Ｏ．Ｏ０６ｍｍ ｆｒｏｍ Ｏｍｍ～
０．００５ｍｍ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｃａｒｒｉａｇｅ；ｓｐｉｎｄｌｅ ｓｕｐｐｏｓｉｎｇ；ａｎｇｕｌａｒ ｃｏｎｔａｃｔ ｂａｌｌ ｂｅａｒｉｎｇ；ａｘｉａｌ ｍｏｖｅｍｅｎｔ；ｆａｕｌｔ ａｎａｌｙｓｅ
某厂生产的ＭＡ６０２５、ＭＹＡ６０２５万能工具磨
床用砂轮架，根据设计要求，磨床砂轮架装配完成
后，进行了２ｈ的空运转试验，温升及各项精度符合
设计要求。但在安装到磨床上以后，进行各工况的
试磨时，发现端面磨削后，端面的平面度和粗糙度达
不到设计要求，将砂轮架部件返回部装调整，部装的
师傅通常使用铜棒在主轴后端（用弹簧预紧并调整
轴承轴向游隙端）敲击几次就基本解决。但用户在
使用中发现，故障依旧。经过分析，对技术要求进行
调整，最终圆满解决了此类问题。具体分析如下。
ｌ－主轴窜动原因分析
本磨床在功能设计时，为满足多功能要求，选用 成对安装的角接触球轴承支承，前、后支承为“两端
固定”支承，用３号锂基脂润滑，前轴承采用，后轴承
采用迷宫式密封与密封圈密封的混合密封。主轴窜
动原因主要有，主轴支承结构设计不合理或轴向游
隙调整机构的功能失效。
ｌ－１支承结构分析 国内各磨床制造厂的砂轮架主轴系统，在传统
结构上大多采用滑动轴承，而较少使用滚动轴承，尤
其是精密磨床。其主要原因是着眼于磨床的加工精
度。但滑动轴承的制造加工及装配工艺非常复杂，
动压滑动轴承不但铸造质量难以掌握，而且机械加
工难度较大、装配工的技术水平要求高；静压轴承加
工和装配也很难，且对工作过程中液压系统的稳定
收稿日期：２Ｏ１０—１Ｏ一１４ 作者简介：陈开君（１９６２一），男，陕西安康人，副教授。研究方向：机械制造技术及金属材料工艺。
１８ 陕西工业职业技术学院学报 ２０１０矩
性要求高。因此，滑动轴承主轴结构在专业磨床厂
广泛使用，而对于专用磨床生产则较少使用，而是致
力于滚动轴承结构的研究。
根据磨床工作条件的不同其砂轮架主轴支承形
式不同。有滑动轴承支承、滚动轴承支承两类。在
载荷不太大、转速不太高的情况下，较适于采用三
片、五片瓦动压滑动轴承组合，其径向间隙由调整螺
钉调整，轴瓦的倾斜度可以随轴径位置不同而自动
调整，以适应轴的弹性变形和倾斜等。但其极限转
速相对较低，对径向间隙的变化非常敏感。主轴转
速高，中、高载荷的磨床，根据其加工的具体情况．宜
使用滚动轴承组合比较合适。一般前轴承主要承担
径向力，后轴承主要承受轴向力也可承受一定的径 向力［ 。
从国外的磨床砂轮架结构来看，高速、强力砂轮
架较多地采用滚动轴承结构，其砂轮架的体积小、尺
寸紧凑，整机结构也趋于合理。但滚动轴承结构存
在如下主要缺陷：高速时，旋转精度的保持性差；高
速时疲劳、温升、离心力影响较大；噪声较大；润滑问
题突出；抗振性差，阻尼比较低（Ｓ一０．Ｏ２～Ｏ．０４），参
与承载的滚动体数目变化而引起振动，容易导致磨
削振纹 。
由于磨床主轴在工作过程中主要承受径向载荷
和一定的轴向载荷，因此，一般磨床主轴均采用极限
转速很高、能承受一定轴问载荷、并能在高速旋转状
态下保持良好旋转精度的角接触球轴承。为了提高
轴承的刚性和承受双向轴向载荷，角接触球轴承常
常成对安装使用。这样轴承在旋转过程中不仅能承
受径向载荷，而且还可承受双向轴向载荷。另外，为
了保证主轴承具有较高的精度和足够的刚度，必须
消除轴承的轴向游隙，而轴承轴向游隙的消除是靠
施加载荷来实现的。 ＭＡ６０２５、ＭＹＡ６０２５万能工具磨床用砂轮架的
结构见图１。主轴采用成对串联排列的高精度角接
触球轴承（洛阳轴研科技股份有限公司，７２０６ＡＣ／
Ｐ４ＤＴＡ，ＧＢ３０７１．１—２００５，轴承内径的允许偏差
△ｄｍｐ一３，轴承外径的允许偏差△Ｄｍｐ一２的高速
精密轴承）支承。主轴前、后支承轴承的外圈小面向
外，即前、后支承采用背靠背布置的两端固定支承。
串联排列角接触球轴承支承能承受较大的单向
轴向载荷，能限制轴或外壳在一个方向上的轴向位
移，而背靠背排列角接触球轴承支承能承受双向轴
向载荷，通过预紧可限制轴或外壳的轴向位移，通过
预紧可增加轴承的刚度和旋转精度，具有较大的抗
弯刚度。
前、后轴承的内圈采用锁紧螺母进行轴向紧固，
前轴承的外圈用园螺母紧固，砂轮主轴受热伸长后 轴承游隙增大，用弹簧保持预紧量，同时消除游隙，
保持主轴的刚性，；轴承采用３号锂基脂润滑（主轴
支承轴径￣３０ｍｍ，主轴设计最高转速６３００ｒ／ｍｉｎ，
ｄｎ＝１８９０００ｍｍ・ｒ／ｍｉｎ￣２０００００ ｍｍ・ｒ／ｍｉｎ），润
滑剂选择合理；前轴承采用迷宫式密封，后轴承（装
皮带轮端轴承）采用迷宫式密封与密封圈（３５×３．１，
Ｇ５１—２Ａ）密封的混合密封，密封圈产生的阻尼对锁
紧螺母防松，保证锁紧螺母对轴承内圈紧固可靠性。
锁紧螺母的密封圈环槽的深度和宽度尺寸，影响密
封效果，宽度尺寸易于保证，深度尺寸难测难保证，
太深，达不到对密封圈的压缩效果，密封效果差，太
浅，锁紧螺母安装困难，即使勉强安装上，则对密封
圈的压缩量太大，密封效果变差，生产中出现锁紧螺
母安装困难时，由机加车间返工，保证槽深。
经过使用性能分析，结合查阅有关资料，认为主
轴轴承配置及支承结构完全符合要求。
１．２预载荷分析
为了保证主轴有较高的旋转精度、良好的抗振
性和较大的刚度，预载荷的施加要合适。预载荷过
大工作时温升就会过高，影响轴承的旋转精度和使
用寿命。预载荷过小则刚性不够，磨削中容易引起
振动影响被加工零件的精度和表面粗糙度。预载荷
根据磨床的工作状态及被加工零件的精度来选定，
目前还没有完整的理论数据，经验数据一般取３Ｏ～
５Ｏ Ｎ为宜 引。
本砂轮架主轴的后轴承采用３支弹簧预紧和自
动调整轴向游隙，控制主轴工作中的轴向游隙，保证
主轴的刚性和磨削精度。
从操作师傅的轴向窜动调整方法及轴向游隙的
自动调节结构，以及相关资料来看，造成轴向窜动的
因素是轴向游隙的自动调节结构失去功能。原因可
能是弹簧的弹性不足，或者是弹簧支撑套与套筒内
孑Ｌ的配合间隙过小，导致弹簧的弹力无法克服支撑
套筒外园与主轴套筒内孔间的摩擦阻力，弹簧的预
紧和轴向游隙调整功能失效。
１）弹簧弹力
本结构采用６０Ｓｉ２Ｍｎ材料，规格为１．２×６ｘ
３５，Ｉ１ ａ级。装配前对三支弹簧进行配磨至等高允
差小于０．１０ｍｍ，且装配中有部分砂轮架的精度符
合要求，说明弹簧的弹力没有问题。
２）弹簧支撑套筒与主轴套筒内孔的间隙。
经查阅砂轮架的技术文件，间隙为（０～０．Ｏ０５）
ｒｎｌＹｌ，且间隙是在装配前由机加工车间研磨保证。
从技术要求可知，只要间隙在（０～０．００５）ｍｍ范围
内，检验员就会放行。经过待装配部件的配合间隙
测量情况来看，间隙值范围在技术要求的下限（０～
０．００２）ｍｍ之间，个别处在（Ｏ．００３）ｍｍ。