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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(jī)床的幾何精度和所生產(chǎn)零件的質(zhì)量。而軸承座則是高精度電主軸磨具中的關(guān)鍵零件，其精度直接影響主軸軸承的運轉(zhuǎn)精度和壽命，進(jìn)而決定了主機(jī)的加工精度和使用壽命。 0 `7 G' U1 i5 F9 M, H. ~8 m
那如何控制軸承座的精度呢？ 9 d) @$ i% C) n, o% C3 [5 ]: ]% B" v$ K* `
軸承座的精度分析及工藝方案
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* S3 b: d( s, O( m' T. s# a/ d1. 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(zhǔn)A)的圓柱度0.002mm，孔底對基準(zhǔn)A垂直度0.003mm。 (2) ∅178mm外圓對基準(zhǔn)A同軸度0.005mm，外圓肩面對基準(zhǔn)A垂直度0.003mm。 (3)170H7mm孔底對基準(zhǔn)A垂直度0.003mm。
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圖1 軸承工件簡圖 ( M" E; _, Z& P) _1 O7 A3 }
上述精度會影響電主軸的幾何精度、運動精度、溫升、靜態(tài)剛度、噪聲及壽命等，也會影響電主軸的運動品質(zhì)。 6 p4 y! T6 {: C
2. 工藝路線 根據(jù)以上工藝方案分析，結(jié)合工程實踐經(jīng)驗，制定了如下工藝路線: 粗車→調(diào)質(zhì)→車→鉆、鉗→外磨→內(nèi)磨→精車→熱處理(低溫時效)→精外磨→精內(nèi)磨 其中精外磨和精內(nèi)磨是保證工件最終精度的關(guān)鍵工序過程。
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3.傳統(tǒng)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。 1 L0 F$ S6 F$ _1 i+ b2 v
精內(nèi)磨時，采用三爪輕夾∅138mm外圓，校正∅178mm外圓及肩面均在0.003mm之內(nèi)，一次裝夾磨削∅100mm內(nèi)孔及孔底、∅170H7mm內(nèi)孔及孔底。
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各項精度仍符合圖紙要求,除了內(nèi)孔圓柱度超差。 6 ^5 H" E. A4 C5 x* ^5 z' Q; ^
這里需要利用三坐標(biāo)量儀復(fù)檢工件，內(nèi)孔發(fā)生了較大的內(nèi)應(yīng)力變形，圓柱度擴(kuò)大為0.012mm，內(nèi)孔尺寸精度和圓柱度均超差。 6 W. |- `7 |0 K& |, J
從孔底向孔口沿軸線方向使用圓度儀測量內(nèi)孔3個截面的圓度，三個截面圓度誤差依次如下： " C! v9 G4 a/ S5 J/ J$ s
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圖2 工藝改進(jìn)前工件內(nèi)孔三截面圓度檢測報告
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靠近孔口處精度明顯好于孔底，三棱型變化趨勢明顯。
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變形原因分析及控制方案 " r2 R# m. \/ Z0 m, C4 T! ~. }$ Q( m" t6 P* {0 B9 F
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(dāng)引起的。為此進(jìn)行簡單初步的工藝試驗，通過減小工件內(nèi)磨裝夾時的三爪夾持力，檢查磨削后的工件，發(fā)現(xiàn)圓度明顯改觀，但仍然有3處高點的跡象，可見工件變形導(dǎo)致的精度超差主要是由裝夾方式不合理引起的。 : }1 t2 h# [0 _! F. z8 N0 O
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(nèi)磨裝夾方式，改徑向三爪夾持為軸向夾持，設(shè)計如圖3所示內(nèi)磨夾具工裝。 " S9 B! U. M$ z8 ]
圖3 內(nèi)磨夾具簡圖 1. 三爪卡盤 2.內(nèi)磨夾具主體 3.拉緊螺釘 4.工件 5.內(nèi)磨夾具壓環(huán)
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原工藝路線合理，只是在精內(nèi)磨工序中，工件的裝夾方法需要改進(jìn)。
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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(nèi)磨夾具內(nèi)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(jìn)行精內(nèi)磨工序內(nèi)容加工。
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具體工藝控制方案如下： 2 E1 b, L5 @$ O( H, C- J! V
加工變形控制方案實施 9 b4 Q9 j F$ a/ {2 F" Y4 R) t
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) R3 ], U) [/ \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(nèi)磨做工藝基準(zhǔn)的要求。 4 S! V: z' p$ w1 g, ?
然后在精內(nèi)磨時，采用三爪夾持內(nèi)磨夾具外圓，校正∅220mm外圓進(jìn)行基準(zhǔn)過度，校正∅220mm外圓及∅178mm外圓處肩面均在0.003mm之內(nèi)，一次裝夾磨削∅100mm內(nèi)孔及孔底、∅170H7mm內(nèi)孔及孔底。在磨削結(jié)束后，測量工件的孔徑尺寸和圓度都符合圖紙要求，并且內(nèi)孔圓度在0.002mm以內(nèi)。
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最后，將完工工件送三坐標(biāo)測量機(jī)和圓度檢測儀進(jìn)行測量，從孔底向孔口沿軸線方向使用圓度儀測量內(nèi)孔 3 個截面的圓度，三個截面圓度誤差依次如下 + _/ | R- Z/ p! t
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圖4 工藝改進(jìn)后工件內(nèi)孔三截面圓度檢測報告
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檢測結(jié)果均滿足圖紙要求，內(nèi)孔3個截面的圓度，均小于0.003 mm的精度要求。 7 F) C' K4 x5 i9 o3 e1 H* c7 K! [
傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床趨于統(tǒng)一化，沒有精度高低之分，而高精度零件的加工沒有相應(yīng)的專門高精度機(jī)械加工機(jī)床，因此必須建立新的、完善的專門化高精度機(jī)械加工機(jī)床，這樣對于高精度機(jī)械加工的工作人員、流程配置都會有很大幫助。 + i. Q8 V( A9 ]: o7 g" t7 Z
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(jīng)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(yīng)用到其他類似工件的加工中。 | 
發(fā)表于 2023-3-14 09:34:11
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