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一堆高精度零部件,才能“拼”出高精度加工設備
磨削電主軸是高精度磨床的核心部件之一,其加工制造的精度直接影響著最終機床的幾何精度和所生產零件的質量。而軸承座則是高精度電主軸磨具中的關鍵零件,其精度直接影響主軸軸承的運轉精度和壽命,進而決定了主機的加工精度和使用壽命。
那如何控制軸承座的精度呢?
軸承座的精度分析及工藝方案
工件及主要精度要求
工件如圖1,材料為40Cr鍛件,主要精度要求如下:
(1) ∅100mm孔(基準A)的圓柱度0.002mm,孔底對基準A垂直度0.003mm。
(2) ∅178mm外圓對基準A同軸度0.005mm,外圓肩面對基準A垂直度0.003mm。
(3)170H7mm孔底對基準A垂直度0.003mm。
上述精度會影響電主軸的幾何精度、運動精度、溫升、靜態剛度、噪聲及壽命等,也會影響電主軸的運動品質。
工藝路線
根據以上工藝方案分析,結合工程實踐經驗,制定了如下工藝路線:
粗車→調質→車→鉆、鉗→外磨→內磨→精車→熱處理(低溫時效)→精外磨→精內磨
其中精外磨和精內磨是保證工件最終精度的關鍵工序過程。
傳統工藝下的加工問題
精外磨時使用了專用夾具磨芯軸,可以保證一刀落的∅178mm外圓與肩面的垂直要求,檢測該垂直度均在0.001~0.003mm,完全可以滿足工件精度要求。
精內磨時,采用三爪輕夾∅130mm外圓,校正∅178mm外圓及肩面均在0.003mm之內,一次裝夾磨削∅100mm內孔及孔底、∅170H7mm內孔及孔底。
各項精度仍符合圖紙要求,除了內孔圓柱度超差。
這里需要利用三坐標量儀復檢工件,內孔發生了較大的內應力變形,圓柱度擴大為0.012mm,內孔尺寸精度和圓柱度均超差。
從孔底向孔口沿軸線方向使用圓度儀測量內孔3個截面的圓度,三個截面圓度誤差依次如下:
靠近孔口處精度明顯好于孔底,三棱型變化趨勢明顯。
變形原因分析及控制方案
該軸承座工件的加工精度超差主要是由于加工中工件夾緊位置、方向及受力點不恰當引起的。為此進行簡單初步的工藝試驗,通過減小工件內磨裝夾時的三爪夾持力,檢查磨削后的工件,發現圓度明顯改觀,但仍然有3處高點的跡象,可見工件變形導致的精度超差主要是由裝夾方式不合理引起的。
為了解決因裝夾變形引起的精度超差問題,改變夾具原有的精內磨裝夾方式,改徑向三爪夾持為軸向夾持,設計如圖3所示內磨夾具工裝。
1. 三爪卡盤  2.內磨夾具主體  3.拉緊螺釘  4.工件   5.內磨夾具壓環
原工藝路線合理,只是在精內磨工序中,工件的裝夾方法需要改進。
改徑向夾持為軸向夾持
工裝需要以工件∅130外圓及肩面定位(工件∅130mm外圓與內磨夾具內孔小間隙配合)、∅178mm外圓處肩面拼緊用壓蓋壓緊,固定工件位置來進行精內磨工序內容加工。
具體工藝控制方案
加工變形控制方案實施
通過∅130mm外圓、∅220mm外圓、∅178mm外圓及肩面一次加工,保證精度要求。由于使用了專用的磨芯軸夾具,可以保證一次加工出來的∅178mm,外圓與肩面垂直要求,檢測該垂直度均在0.001~0.003mm。完全可以滿足工件精度要求,也同時可以滿足為后道工序精內磨做工藝基準的要求。
然后在精內磨時,采用三爪夾持內磨夾具外圓,校正∅220mm外圓進行基準過度,校正∅220mm外圓及∅178mm外圓處肩面均在0.003mm之內,一次裝夾磨削∅100mm內孔及孔底、∅170H7mm內孔及孔底。在磨削結束后,測量工件的孔徑尺寸和圓度都符合圖紙要求,并且內孔圓度在0.002mm以內。
最后,將完工工件送三坐標測量機和圓度檢測儀進行測量,從孔底向孔口沿軸線方向使用圓度儀測量內孔 3 個截面的圓度,三個截面圓度誤差依次如下:
檢測結果均滿足圖紙要求,內孔3個截面的圓度,均小于0.003 mm的精度要求。
傳統機械加工機床趨于統一化,沒有精度高低之分,而高精度零件的加工沒有相應的專門高精度機械加工機床,因此必須建立新的、完善的專門化高精度機械加工機床,這樣對于高精度機械加工的工作人員、流程配置都會有很大幫助。
而案例中采用新的工藝路線和工藝方法,因裝夾變形引起的工件精度超差問題已經解決,工件的合格率由原來的20%提高到98%以上,而這些方法和措施也可以推廣應用到其他類似工件的加工中。

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