一種高精度主軸錐孔的磨削工藝方案

楊華， 曾鵬云

（中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán)公司第六三五四研究所，江西九江332000）

1 引 言

帶錐孔的主軸是機(jī)械加工中常見(jiàn)零件之一，主軸莫氏錐度孔稱(chēng)為工具圓錐，錐度接近1∶20，作用是傳遞扭矩和加工、檢測(cè)的精確定心。某主軸錐孔的高精度要求是該主軸的主要技術(shù)指標(biāo)，錐孔磨削是主軸加工中最重要的關(guān)鍵工序。

本文通過(guò)具體分析零件結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了一種專(zhuān)用夾具，并以此制定出高精度主軸錐孔的磨削工藝方案。

2 主要精度指標(biāo)及加工難點(diǎn)分析

如圖1，主軸上裝配各種精密配合零件，錐孔的位置精度（同軸度φ0.003mm）、表面粗糙度（Ra0.4）均要求較高。

圖1 某設(shè)備主軸零件簡(jiǎn)圖

加工難點(diǎn)：一是如何保證錐孔與軸承位的同軸度。二是如何保證錐面的表面粗糙度。

為保證主軸錐孔的高精度指標(biāo)，可選擇的精加工工藝流程主要有以下兩種：

（1）先磨錐孔后磨外圓

加工順序：精磨錐孔→配磨錐堵頭及右堵頭并裝堵頭→精磨外圓。

由于錐堵頭與錐孔采取過(guò)盈配合，當(dāng)錐堵頭拆下后，錐孔會(huì)因應(yīng)力釋放產(chǎn)生變形，影響錐孔與軸承位的同軸度以及錐面的表面粗糙度，另外，錐堵頭與錐孔的接觸面積不可能達(dá)到100%，錐孔中心線與外圓中心線并不重合，且很難通過(guò)調(diào)整得以提高，故該方法不適用。

（2）先磨外圓后磨錐孔

精磨外圓后拆下堵頭，再精磨錐孔時(shí)，典型的裝夾方法是：三爪夾主軸右端，上中心架支承左端，經(jīng)找正后磨削錐孔。但是這種方法調(diào)整找正難度大，如果零件的中心高偏離磨頭砂輪的中心高，將產(chǎn)生雙曲線誤差，錐孔的同軸度指標(biāo)仍然無(wú)法保證，同時(shí)，中心架三支點(diǎn)在磨削過(guò)程中摩擦精磨過(guò)的外圓，影響外圓表面粗糙度，另外，三爪夾緊力過(guò)大也會(huì)影響外圓的圓度，因此需要設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具。

3 專(zhuān)用夾具的設(shè)計(jì)原理分析及應(yīng)用

圖3 套筒

我們?cè)O(shè)計(jì)了一種專(zhuān)用夾具，如圖2 所示。

專(zhuān)用夾具的主要部件-套筒如圖3 所示。

套筒的下端面要求表面粗糙度最大允許值Ra0.4，平面度小于0.001mm，可通過(guò)平磨后精研達(dá)到；零件設(shè)計(jì)基準(zhǔn)軸承位外圓φ80 與主軸左端面、外圓φ108 右端面、外圓φ80g6 等配合面（見(jiàn)圖1）均為外圓磨床在一次裝夾中磨出，且經(jīng)過(guò)粗磨、精磨兩道工序，位置精度優(yōu)于圖紙要求，專(zhuān)用夾具以其作為定位和測(cè)量的輔助基準(zhǔn)。

內(nèi)圓磨床磁力吸盤(pán)吸套筒下端面，靠磨工裝套筒上端面，要求上下端面平行度＜0.002mm。先將零件裝入套筒內(nèi)孔，套筒上端面頂靠零件φ108 外圓右端面，再用6 個(gè)M10 螺釘及壓板聯(lián)接主軸和套筒（見(jiàn)圖2）。校零件外圓φ80g6 及左端面跳動(dòng)＜0.002mm，精調(diào)零件與專(zhuān)用夾具組件的位置，調(diào)整到位后擰緊螺釘。

在加工過(guò)程中，利用這種專(zhuān)用夾具，采取軸肩定位、整體位移找正的方法，可以保證錐孔中心線與磨頭砂輪的回轉(zhuǎn)中心線在水平方向上的等高性調(diào)整至最優(yōu)。

與其他裝夾方式相比，這種精磨主軸錐孔的專(zhuān)用夾具組件數(shù)量少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便，它采用合理的輔助基準(zhǔn)過(guò)渡，通過(guò)套筒與零件幾個(gè)高精度配合面的定位和測(cè)量，便于調(diào)整找正，磨削加工精度易保證，能達(dá)到錐孔加工各項(xiàng)高精度技術(shù)指標(biāo)要求。

4 零件磨削加工工藝方案

根據(jù)零件技術(shù)指標(biāo)要求，我們制定了使用專(zhuān)用夾具的高精度主軸錐孔磨削加工工藝方案（如表1 所示）。

5 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)與表面粗糙度測(cè)量?jī)x檢測(cè)：主軸錐孔與軸承位基準(zhǔn)的同軸度＜0.003mm，錐角誤差控制在±10″以?xún)?nèi)，用標(biāo)準(zhǔn)莫氏3 號(hào)芯棒檢測(cè)，其接觸面達(dá)95%以上，錐面表面粗糙度達(dá)到Ra0.4。

這種采用專(zhuān)用夾具磨削錐孔的工藝方案順利解決了高精度主軸錐孔的精加工技術(shù)難題，經(jīng)多次生產(chǎn)驗(yàn)證效果很好、切實(shí)可用，對(duì)類(lèi)似零件的加工工藝編制有一定借鑒意義。

表1

［1］ 李伯民，趙波，等.磨削加工表面質(zhì)量［J］.實(shí)用磨削技術(shù)，1996（4）：173-244.

［2］ 尹成湖，等.磨工一點(diǎn)通［M］.北京：科學(xué)出版社，2011：128-133.

［3］ 吳國(guó)梁.磨工實(shí)用技術(shù)手冊(cè)［M］.南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2010：85-86.