轉(zhuǎn)塔空心軸的工裝設(shè)計(jì)及配磨加工方案

劉紅德，梁兵，王三民，劉聰俐，廉繼西

1河南平原光電有限公司；2河南森源鴻馬電動(dòng)汽車有限公司

1 引言

空心軸組件是轉(zhuǎn)塔機(jī)構(gòu)的重要部件，安裝了兩套精密軸承用于徑向定心和軸向定位。環(huán)形電機(jī)提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，帶動(dòng)儀器旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)影像探測(cè)、信號(hào)接收等功能。精確加工空心軸組件、保證與精密軸承孔壁接觸且受力均勻是提高儀器探測(cè)精度的重要環(huán)節(jié)。如果被加工外圓的圓柱度差或與軸承配合過緊會(huì)造成軸承內(nèi)圈變形，旋轉(zhuǎn)時(shí)容易出現(xiàn)卡頓、振動(dòng)或響應(yīng)遲鈍，影響探測(cè)精度；如果外圓與軸承孔配合間隙較大，旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)塔軸線延長(zhǎng)線會(huì)發(fā)生離心偏擺，也會(huì)降低探測(cè)精度。

本文采用外圓磨削工藝，通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)數(shù)磨工裝和制定配磨組合加工方案，可以實(shí)現(xiàn)較高的加工精度和配合精度。

2 工裝結(jié)構(gòu)及使用方法

工裝制作和零件加工的精密配合外圓均采用配磨工藝，以提高定位精度和配合精度。由圖1可知：①焊接心軸桿與心軸盤(見圖6)；②用硬質(zhì)合金雙頂尖研磨兩端中心孔(見圖7)，使A5錐面光滑、同軸；在數(shù)控外圓磨床上，用雙頂尖定位，根據(jù)圖7配磨心軸盤，外圓(φ204mm)與空心軸孔(φ204H6)的間隙≤0.01mm；心軸盤右端面磨去0.05mm，保證符合精度要求；③用8件M4×20內(nèi)六角螺釘穿過心軸盤的螺釘過孔與空心軸一端的內(nèi)螺紋連接，適度緊固(螺旋扭矩1N·m)；圓壓板穿入心軸桿，與空心軸右端面接觸，適度旋緊圓螺母(螺旋扭矩2N·m，避免施力變形和防止加工震顫)；④磨制外圓(φ200h6)，配磨空心軸1外圓(φ197mm)，與軸承環(huán)孔(φ197H6)的間隙≤0.01mm；配磨空心軸外圓(φ210mm)，與軸承孔間隙≤0.01mm(手推施力約10N壓入、取出)，磨端面保證垂直度；⑤涂7#潤(rùn)滑油，令軸承環(huán)裝配到位(尺寸107mm取106.7mm)，用6件M3×8緊定螺釘適度緊固(螺旋扭矩0.2N·m)；⑥在軸承環(huán)外圓(φ208h10)上，以兩處φ2.8mm預(yù)制孔引導(dǎo)，配鉆、鉸制1:50錐度通孔φ3mm，壓入兩件A3×16圓錐銷定位(手推施力約5N壓緊)；⑦配磨軸承環(huán)外圓(φ210mm)，保證與軸承孔間隙≤0.01mm，磨端面保證垂直度；⑧在空心軸與軸承環(huán)的兩套軸承非配合端面刻上配對(duì)編號(hào)。

3 工裝設(shè)計(jì)及相互關(guān)系

根據(jù)圖2制作心軸桿，材料40Cr，調(diào)質(zhì)32～36HRC(提高強(qiáng)度和硬度)，兩處φ42mm外圓分別與心軸盤和圓壓板間隙配合，外螺紋M40×2-7h與圓螺母配合，兩端鉆中心孔A5用于磨床雙頂尖定位，兩處φ35mm外圓用于雞心夾夾持。

圖2 心軸桿

根據(jù)圖3制作心軸盤，材料40Cr，調(diào)質(zhì)32～36HRC(提高強(qiáng)度和硬度)，外圓(φ205mm)留有磨量，用于焊接后與空心軸孔(φ204H6)配磨；厚度14.5mm的上端面留有磨量，用于磨削端面，保證平面度和垂直度；端面均布鉆孔8×φ5mm，用于通過螺釘M4×20連接和緊固空心軸。

圖3 心軸盤

根據(jù)圖4制作圓壓板，材料45鋼，圓壓板中心孔(φ42.5mm)與心軸桿為間隙配合，平面度0.05mm，保證與空心軸端面接觸均勻，防止加工震顫。

根據(jù)圖5制作圓螺母，材料40Cr，調(diào)質(zhì)32～36HRC(提高強(qiáng)度和硬度)，內(nèi)螺紋M40×2-7H與心軸桿配合，截面A-A的右端面用于旋壓圓壓板，與零件保持接觸穩(wěn)定。

圖4 圓壓板

圖5 圓螺母

將心軸盤與心軸桿組裝到位(見圖6)，兩端接觸部位均勻點(diǎn)焊接牢固(兩端各六處)，既保證連接牢固，又可避免整體焊接變形過大。采用兩體焊接結(jié)構(gòu)可降低成本，方便加工，主要目的是為了減輕心軸重量。

圖6 焊接心軸

在車床上采用硬質(zhì)合金60°雙頂尖(見圖7)，用研磨膏研磨兩端中心孔A5，保證錐面光滑且公共軸線同軸度為0.004mm，用汽油清洗干凈中心孔；在外圓磨床上，雙頂尖涂潤(rùn)滑脂定位，用雞心夾夾持左端φ35mm外圓，以限制轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；配磨心軸盤外圓與空心軸孔(φ204H6)，令其間隙≤0.01mm，磨心軸盤右端面磨去0.05mm，保證端面平面度和垂直度，與圖1配合定位使用。

圖7 配磨心軸

4 工裝應(yīng)用及結(jié)構(gòu)

該工裝可以實(shí)現(xiàn)心軸與零件定位組裝后一次性完成配磨組裝軸承環(huán)和配磨試裝軸承，保證配合間隙最小化、定位基準(zhǔn)一致化、關(guān)聯(lián)精度穩(wěn)定化及加工尺寸精密化。與數(shù)控車削精度相比，數(shù)控磨削精度一般要高1～2個(gè)精度等級(jí)，數(shù)磨加工的零件圓柱度較好(0.002mm)、粗糙度較小(Ra0.2μm)及重復(fù)磨削外圓尺寸可以控制到0.002mm，從而實(shí)現(xiàn)精密級(jí)零件加工和精密配合。

5 結(jié)語

本文介紹了轉(zhuǎn)塔空心軸工裝的應(yīng)用和配磨加工方案的實(shí)施，零件加工精度和組合件精度由IT6級(jí)精度穩(wěn)步提升到了IT5級(jí)或更高精度，裝配精度顯著提高，消除了轉(zhuǎn)塔旋轉(zhuǎn)時(shí)的卡頓、振動(dòng)和響應(yīng)遲鈍等問題，儀器探測(cè)精度大幅提高。