一堆高精度零部件才能“拼”出高精度加工設(shè)備

一往冇前

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(yùn)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。

那如何控制軸承座的精度呢？

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軸承座的精度分析及工藝方案

1. 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。

圖1 軸承工件簡圖

上述精度會影響電主軸的幾何精度、運(yùn)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(yùn)動品質(zhì)。

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2. 工藝路線

根據(jù)以上工藝方案分析，結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，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。

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。

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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。

各項(xiàng)精度仍符合圖紙要求,除了內(nèi)孔圓柱度超差。

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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。

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：

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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

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

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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(diǎn)不恰當(dāng)引起的。為此進(jìn)行簡單初步的工藝試驗(yàn)，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(diǎn)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。

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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(jì)如圖3所示內(nèi)磨夾具工裝。

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)

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)。

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。

具體工藝控制方案如下：

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加工變形控制方案實(shí)施

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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。

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)。

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

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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

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。

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。

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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。

maxlisin

為什么要分精內(nèi)磨外磨，現(xiàn)在的立式復(fù)合磨床，一次裝夾，所有的內(nèi)圓，外圓，順端面，逆斷面都可以加工，很好的保證了圖紙要求的圓度，圓柱度以及同軸度。

maxlisin

這種夾具，在臥式磨床上加工，不是更有優(yōu)勢嗎，與三抓卡盤相比，更能減小卡爪的裝夾力對于產(chǎn)品精度的影響，更或者夾具換磁力吸盤，更方便找正中心。

東海fyh126

工藝不是一成不變的，要因地制宜。只有好的工藝，沒有萬能的工藝。

大蘿卜

maxlisin 發(fā)表于 2023-3-14 10:03
0 e8 R. w4 ~, }1 |8 C$ ~" O2 |' {; B為什么要分精內(nèi)磨外磨，現(xiàn)在的立式復(fù)合磨床，一次裝夾，所有的內(nèi)圓，外圓，順端面，逆斷面都可以加工，很好 ...

1 h9 D- u+ B2 j所有的機(jī)械加工都有加工應(yīng)力產(chǎn)生，分精磨內(nèi)外磨應(yīng)該是適當(dāng)消除加工應(yīng)力的影響 吧

18137630758

maxlisin 發(fā)表于 2023-3-14 10:03
* W$ y( y1 G, l) t1 x$ X為什么要分精內(nèi)磨外磨，現(xiàn)在的立式復(fù)合磨床，一次裝夾，所有的內(nèi)圓，外圓，順端面，逆斷面都可以加工，很好 ...

+ L0 Z* y! A/ K4 ^+ l/ {1 K區(qū)分與否是要看設(shè)備，可以一次加工的不需要分工序，留好余量就可以

18137630758

maxlisin 發(fā)表于 2023-3-14 10:47
這種夾具，在臥式磨床上加工，不是更有優(yōu)勢嗎，與三抓卡盤相比，更能減小卡爪的裝夾力對于產(chǎn)品精度的影響， ...

3 f' I6 z  |9 [裝夾方式其實(shí)是一樣的，主要是思路是徑向力改為軸向力，在這個條件下，加工徑向尺寸，效果肯定是好的