高精度軸承座類零件的超精密加工技術(shù)研究

摘? 要：介紹了軸承座密封類零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加工難點(diǎn)，分析了相關(guān)機(jī)械加工及超精加工的工藝難點(diǎn)。通過(guò)攻關(guān)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了通用設(shè)備一次裝夾完成兩項(xiàng)超精密加工的研磨工藝試驗(yàn)，確立了合理的加工方法、工藝方案和檢測(cè)方法，圓滿解決了軸承座密封類零件的加工難點(diǎn)。同時(shí)也積累了設(shè)備改造和研磨加工的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于類似零件及超高精度零件的加工具有很好的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī);軸承座;研磨;研具

0? ? 引言

隨著國(guó)產(chǎn)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)階段零組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜，精度也越來(lái)越高。軸承座是燃?xì)廨啓C(jī)的重要部件之一，為保證軸承回轉(zhuǎn)靈敏性、密封性、能承擔(dān)綜合載荷，增強(qiáng)軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性，延長(zhǎng)軸承使用壽命，某軸承座類零件加工精度要求達(dá)到工作面相對(duì)于外圓和端面的跳動(dòng)為0.01 mm，平面度為0.001 mm，表面粗糙度為Ra0.2 μm。該類結(jié)構(gòu)軸承座單件裝配數(shù)量多，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜度和精度要求較高，目前尚無(wú)現(xiàn)成的加工工藝可借鑒。

本文針對(duì)該零件的特點(diǎn)進(jìn)行深入的工藝研究，分析其磨削加工、研磨加工等工藝難點(diǎn)，設(shè)計(jì)合理的工藝流程，通過(guò)試驗(yàn)選擇符合要求的加工方法，確定磨削加工參數(shù)。

1? ? 難點(diǎn)分析

本文共涉及4個(gè)此類型的軸承座，零件輪廓尺寸為？準(zhǔn)155 mm×39.5 mm，其平面度要求高的部位結(jié)構(gòu)基本相同。4個(gè)零件材料均為1Cr11Ni2W2MoV，平面度要求0.001 mm，光度要求Ra0.2 μm，其中2#和4#小端結(jié)構(gòu)為寬度2～2.2 mm的周向鍍鉻槽，鉻層厚度要求≥0.04 mm，光度Ra0.2 μm，1#和3#小端焊接白銅片。零件外形尺寸圖如圖1所示。

（1）該零件材料較軟，加工時(shí)光度不好提高，尤其是研磨工序，研磨光度和平面度要求高，受結(jié)構(gòu)限制，正常研磨無(wú)法實(shí)現(xiàn)，且容易拉傷研磨面。

（2）2#和4#軸承座小端2～2.2 mm鍍鉻槽，由于槽寬太窄，鍍鉻難度大，鍍鉻時(shí)在槽口容易積鉻，兩側(cè)槽壁鉻層厚度上不去，需要反復(fù)將槽口所堆積鉻層磨掉，如此反復(fù)鍍鉻才能將鉻層鍍起來(lái)。

（3）加工時(shí)需要將砂輪切削部位寬度修至2 mm左右，為保證如此小寬度的砂輪進(jìn)行高速磨削，需盡量少進(jìn)刀，防止砂輪被擠裂。

由于前期設(shè)計(jì)要求鉻層厚度加工后為0.02～0.04 m，當(dāng)加工到最終尺寸時(shí)，鉻層和基體結(jié)合力不強(qiáng)，鉻層成片狀脫落，經(jīng)與設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)后將鉻層厚度改為≥0.04 m，情況有所好轉(zhuǎn)。

零件的工作面相對(duì)于外圓基準(zhǔn)面和端面基準(zhǔn)面的跳動(dòng)為0.01 m。零件工作面的精度要求非常高，平面度要求為0.001 m，表面粗糙度為Ra0.2 μm。這兩項(xiàng)高精度要求的保證是加工的難點(diǎn)和重點(diǎn)，常規(guī)的磨削方法根本無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求。零件具體尺寸如圖2所示。

2? ? 工藝路線的合理設(shè)計(jì)與設(shè)備、研具的選擇

2.1? ? 工藝路線設(shè)計(jì)

由于該零件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，各種機(jī)械加工工序幾乎都有所涉及：車加工、熱處理鍍鉻、磨加工、銑花邊、鉆鏜孔、攻絲、電火花加工方槽（電火花加工型槽）銑螺紋、研磨平面等，所以工序相當(dāng)長(zhǎng)，生產(chǎn)周期也比較長(zhǎng)。工序的安排是否合理，將直接影響到超精密加工的零件質(zhì)量與生產(chǎn)周期。按精益生產(chǎn)的要求，要降低成本，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率，需盡可能利用現(xiàn)有資源。但由于超精加工的端面低于零件大端面，所以限制了很多加工方法的使用。在進(jìn)行多方調(diào)研并分析零件結(jié)構(gòu)后，決定基于工藝研究及設(shè)備改進(jìn)來(lái)解決問(wèn)題。首先確定的是用研磨的方法保證最終的技術(shù)要求。其次，要減小零件變形。精加工過(guò)程中采用端面定位、軸向壓緊的夾具定位方式，不能采用軟爪或四爪定位，以減小零件徑向受力。再次，對(duì)研磨的平面要有較好的原始平面，可減少研磨的工作量，縮短生產(chǎn)周期，因此在研磨工序前采用磨加工基準(zhǔn)面，保證其跳動(dòng)和平面度達(dá)到要求。

2.2? ? 設(shè)備選擇

（1）由于零件結(jié)構(gòu)所限，不能采用普通的研磨平臺(tái)進(jìn)行研磨，為此，我們根據(jù)零件結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有設(shè)備（圓轉(zhuǎn)臺(tái)或圓平磨），設(shè)計(jì)制造了適合現(xiàn)有設(shè)備的加工裝置。該裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙、簡(jiǎn)單，只需在圓轉(zhuǎn)臺(tái)或圓平磨增加自制工裝，具體原理圖如圖3所示。

從圖3可以看出，通過(guò)帶有膠皮的調(diào)節(jié)器可以調(diào)整零件與轉(zhuǎn)臺(tái)的不同轉(zhuǎn)速，通過(guò)速度差來(lái)研磨零件端面。

采用光的干涉法檢測(cè)平面度，原理如圖4、圖5所示。

反射光和入射光通過(guò)平鏡與透鏡、透鏡和零件之間氣膜形成干涉，干涉圖像呈均勻分布時(shí)，則平面度合格。

2.3? ? 研具選擇

由于要研磨的表面低于零件表面，不能將研具直接放置于旋轉(zhuǎn)的研磨臺(tái)上，需要準(zhǔn)備一個(gè)工裝，將零件放于該工裝上，再將工裝和零件一起放于旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，所以研磨零件平面的研具為工作于旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)和零件之間。

3? ? 精度的保證

3.1? ? 研具修正

由于零件表面的平面度和光度要求高，所以研具一定要平整，并且零件壓在研具上不能受過(guò)大的間歇性外力。先將研具進(jìn)行研修，將平面度研修至0.001 mm，再用光的干涉法進(jìn)行檢測(cè)，合格后用研具研磨零件。

3.2? ? 研具檢測(cè)

按原理圖4檢測(cè)研具平面度是否合格，若研具合格，按零件加工方法進(jìn)行研磨;若研具不合格，則按研具修正的方法繼續(xù)修正研具，直至研具合格為止。

3.3? ? 零件加工

將零件和研具一起放到研磨旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，在零件小端面壓上2 kg左右的重物，利用轉(zhuǎn)臺(tái)與零件速度差來(lái)研磨零件。研磨30 min左右，先檢查零件平面度，再檢查研具平面度，若零件平面度上升較快，則將研具在研磨機(jī)上研磨，保證平面度后再研磨零件，直至研具平面度降低明顯減慢，再用干涉法檢查零件平面度。

3.4? ? 零件檢測(cè)

零件經(jīng)過(guò)研磨后，在光的干涉儀上檢測(cè)合格，上三坐標(biāo)再進(jìn)行復(fù)檢，并且以三坐標(biāo)所檢尺寸為準(zhǔn)，數(shù)值比較直觀，也增加了安全系數(shù)。

4? ? 結(jié)論

（1）通過(guò)圓轉(zhuǎn)臺(tái)或圓平磨增加自制工裝，調(diào)整膠皮調(diào)節(jié)器控制零件與轉(zhuǎn)臺(tái)不同轉(zhuǎn)速，利用速度差來(lái)研磨零件端面的方法，能實(shí)現(xiàn)軸承座平面度0.001 mm和表面粗糙度Ra0.2 μm的高精度要求。

（2）研磨前的磨加工基準(zhǔn)，采用端面定位、軸向壓緊的夾具定位方式以及研具的修正、檢驗(yàn)等前期控制措施，對(duì)控制零件的變形、保證后續(xù)軸承座精度要求起到了很好的支撐作用。

（3）利用反射光和入射光通過(guò)平鏡與透鏡、透鏡和零件之間氣膜形成干涉的檢測(cè)方法，與三坐標(biāo)對(duì)比檢測(cè)差異不大，可進(jìn)行研磨程度控制，避免了多次研磨盲目三坐標(biāo)送檢的情況發(fā)生。

收稿日期：2020-06-22

作者簡(jiǎn)介：蔡文波（1990—），男，湖北武漢人，工程師，研究方向：燃?xì)廨啓C(jī)制造質(zhì)量監(jiān)督。