[軸承加工技術(shù)] -軸承座的超精密平行度磨削加工

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這里介紹的軸承座是某產(chǎn)品天線座中的關(guān)鍵零件，該軸承座是一精密薄環(huán)形零件，其精度要求非常高，加工難度大，很容易出廢品，生產(chǎn)周期也長。該關(guān)鍵零件軸承座就成了精密生產(chǎn)加工的瓶頸。 摘 要：對某產(chǎn)品天線座中的關(guān)鍵零件——軸承座的平面精密磨削加工作一介紹。
關(guān)鍵詞：平行度；微磁吸夾具；高精度平面磨削
1前言

　
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2軸承座的加工難點(diǎn)
該軸承座的零件圖見圖1。該零件材料為GCr15軸承鋼，淬硬HRC≮61。另從圖中可以看出，形位公差要求很高，同軸度及全跳動均為0.015，圓柱度為0.002。精磨后零件要保證以上的形位公差，則對精磨定位裝夾用的兩端面平行度有很高的要求。所以在加工工藝設(shè)計中，工藝要求將A、B兩端面的平行度提高到0.001。在以往加工中，該零件采用高精度平面磨削，加工后的平行度只能達(dá)到0.005～0.008。后面工序必須再經(jīng)過大量的平面研磨工作，才能將零件的平行度提高到0.001，通過很長的生產(chǎn)周期才能滿足工藝要求。
為了解決該生產(chǎn)瓶頸問題，需尋找一種高效高精度的加工方法。為此考慮直接用磨削加工方法來保證平行度0.001。
針對這一難題，我們對該零件的磨削加工進(jìn)行了認(rèn)真的分析研究。該零件為薄板形零件，在機(jī)械加工中會產(chǎn)生切削應(yīng)力，隨著時間的變化零件形狀也在逐漸變化，如果熱處理不好（即切削應(yīng)力消除不盡），磨削加工中不注意散熱條件，這種微量變化會變得很明顯。
3需要解決的問題
在平面磨削加工中，需要解決的問題是：磁場引力所產(chǎn)生的零件變形及磨削熱引起的零件受熱膨脹變形。平面磨床的工作臺是一個強(qiáng)力的電磁吸盤，通電工作時，鋼鐵零件在電磁力的作用下，會被牢牢地吸附于工作臺面上。對于經(jīng)過粗磨加工并時效處理后的軸承座，其端面的平面度不可能很平。當(dāng)薄環(huán)形零件軸承座的端面被吸附于電磁工作臺上時，必然產(chǎn)生彈性變形。當(dāng)電磁力消失后，零件回復(fù)，變形也就消失。另外，在磨削時，由于砂輪高速旋轉(zhuǎn)（線速度35m/s～50m/s），砂輪與零件在接觸的瞬間所產(chǎn)生的熱量可達(dá)1000℃以上。所以，在零件本體上，熱量也在不均勻地變化，膨脹變形也隨之產(chǎn)生。


4解決方法
為了解決上述問題，工藝設(shè)計時著重考慮解決以下幾方面的問題。
1）根據(jù)材料及零件形狀的特點(diǎn)，粗磨工序為精磨留磨削量0.05～0.06，平行度要求達(dá)到0.01～0.02 左右。
2）選用硬度較軟、粒度中等的白剛玉砂輪GB60#ZR 1AP，進(jìn)行多次平衡修正。
3）對砂輪磨削熱的處理：因為在磨削過程中，磨削所產(chǎn)生的熱量瞬時可達(dá)1000C以上。為了減少磨削熱的影響，把砂輪修整成臺階式，即留下砂輪的半寬或更少以減少磨削面積，從而減少磨削所產(chǎn)生的熱量。同時也減小由于砂輪磨削壓力所造成的加工誤差。
4）對砂輪進(jìn)行微鈍化處理：砂輪剛修整后得到的微刃比較鋒利，切削性能好。隨著磨削時間的增加，微刃逐漸被磨鈍，這時微刃的等高性就進(jìn)一步得到了改善，而切削性能則降低，摩擦拋光的作用也得到增強(qiáng)。磨削區(qū)的高溫使金屬軟化，鈍化的微刃在工件表面滑擦和擠壓，表面凸峰被擠平，從而使工件表面格外光潔。
5）冷卻液要充足干凈，無夾砂等現(xiàn)象。
以上方法是磨削加工該軸承座的必要條件。
5微磁吸夾具
加工該軸承座最關(guān)鍵的問題是采用恰當(dāng)?shù)难b夾方式克服零件彈性變形，從而使磨削加工達(dá)到工藝要求。
通常磨削薄環(huán)形零件時，由于零件不平，常采用墊彈性墊圈、涂白蠟、墊紙等方法來解決平面的磨平問題，而且要經(jīng)過多次的翻身磨削，才能達(dá)到平行度[CM（22]0.01～0.02。但這些裝夾方法對于平行度要求0.005以內(nèi)的薄形零件顯然無法達(dá)到。
針對圖1軸承座的加工難點(diǎn)，考慮設(shè)計了一付微磁吸夾具（見圖2）。采用上下各一塊鋼板，中間隔一層銅板， 選用銅焊連接。微磁吸夾具的原理為：銅材料不導(dǎo)磁。所以將夾具置于工作臺上并吸牢時，零件基本不受磁吸引力影響，或只有微磁力吸引。此微磁力在平面狀態(tài)下只有幾克至十幾克，不足以使零件產(chǎn)生彈性變形。夾具經(jīng)過退火處理后并銑加工成形。然后將夾具吸牢于磨床工作臺面配磨，作為零件的加工基準(zhǔn)。將零件平放置于微磁吸夾具上。采用側(cè)向壓板將零件靠牢定位，使零件不受壓力、磁吸引力，亦無側(cè)向位移，即無彈性變形，零件基本處于自由狀態(tài)。另外，在微磁吸夾具中間鏜了一個50的通孔，其作用是：（1）將兩塊鋼板與銅板中間部位焊牢，防止夾具振動。（2）冷卻液沖入孔中不流走，對零件及夾具有很好的冷卻作用。（3）磨削時，磨下的切屑及磨粒沖入孔中，沉入孔底，不會堆積在零件內(nèi)圈而影響磨削表面精度。

6結(jié)束語
在上述條件下，將粗磨并熱處理時效后的零件進(jìn)行認(rèn)真地幾次翻身磨削加工，加工時充分冷卻。經(jīng)過嚴(yán)格地檢驗，測量，磨削加工出的軸承座，零件A、B兩端面的平行度達(dá)0.0003～0.0005。用超精密平面磨削方法直接滿足了平行度0.001的工藝要求，提高工效五倍，并省去了費(fèi)工費(fèi)力的研磨工作量。

三爪聯(lián)軸器，水泵聯(lián)軸器膜片聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)
　　 膜片聯(lián)軸器至少由一個膜片和兩個軸套組成。膜片被用銷釘緊固在軸套上一般不會松動或引起膜片和軸套之間的反沖。有一些生產(chǎn)商提供兩個膜片的，也有提供三個膜片的，中間有一個或兩個剛性元件，兩邊再連在軸套上。單膜片聯(lián)軸器和雙膜片聯(lián)軸器的不同之處是處理各種偏差能力的不同，鑒于其需要膜片能復(fù)雜的彎曲，所以單膜片聯(lián)軸器不太適應(yīng)偏心。而雙膜片聯(lián)軸器可以同時曲向不同的方向，以此來補(bǔ)償偏心。
膜片聯(lián)軸器的特點(diǎn)
　　 膜片聯(lián)軸器這種特性有點(diǎn)像波紋管聯(lián)軸器，實(shí)際上聯(lián)軸器傳遞扭矩的方式都差不多。膜片本身很薄，所以當(dāng)相對位移荷載產(chǎn)生時它很容易彎曲，因此可以承受高達(dá)1.5度的偏差，同時在伺服系統(tǒng)中產(chǎn)生較低的軸承負(fù)荷。膜片聯(lián)軸器常用于伺服系統(tǒng)中，膜片具有很好的扭矩剛性，但稍遜于波紋管聯(lián)軸器。另一方面，膜片聯(lián)軸器非常精巧，如果在使用中誤用或沒有正確安裝則很容易損壞。所以保證偏差在聯(lián)軸器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)的承受范圍之內(nèi)是非常必要的。選擇適合的聯(lián)軸器是用好聯(lián)軸器的關(guān)鍵一步，在設(shè)計階段就得考慮選用什么類型的聯(lián)軸器了。 　　聯(lián)軸器與齒式聯(lián)軸器相比，沒有相對滑動，不需要潤滑、密封，無噪聲，基本不用維修，制造方便，可部分代替齒式聯(lián)軸器。膜片聯(lián)軸器在國際上工業(yè)發(fā)達(dá)國家應(yīng)用已很普通，在我國已制訂機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，最近已修訂為新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：JB/T 9147-1999（代替ZB/T J19022-90） 聯(lián)軸器各轉(zhuǎn)矩間的關(guān)系。
膜片聯(lián)軸器的正確選擇
　　 膜片聯(lián)軸器的正確選擇： 　　1、 膜片聯(lián)軸器至少由一個膜片和兩個軸套組成。膜片被用銷釘緊固在軸套上一般不會松動或引起膜片和軸套之間的反沖。有一些生產(chǎn) 商提供兩個膜片的，也有提供三個膜片的，中間有一個或兩個剛性元件，兩邊再連在軸套上。 　　2、 膜片聯(lián)軸器這種特性有點(diǎn)像波紋管聯(lián)軸器，實(shí)際上聯(lián)軸器傳遞扭矩的方式都差不多。膜片本身很薄，所以當(dāng)相對位移荷載產(chǎn)生時它 很容易彎曲，因此可以承受高達(dá)1.5度的偏差，同時在伺服系統(tǒng)中產(chǎn)生較低的軸承負(fù)荷。 　　3、 膜片聯(lián)軸器常用于伺服系統(tǒng)中，膜片具有很好的扭矩剛性，但稍遜于波紋管聯(lián)軸器。 　　4、 另一方面，膜片聯(lián)軸器非常精巧，如果在使用中誤用或沒有正確安裝則很容易損壞。所以保證偏差在聯(lián)軸器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)的承受范圍之 內(nèi)是非常必要的。 　　5、根據(jù)軸徑調(diào)整型號： 　　初步選定的軸承聯(lián)軸器聯(lián)接尺寸，即軸孔直徑d和軸孔長度L，應(yīng)符合主、從動端軸徑的要求，否則還要根據(jù)軸徑d調(diào)整聯(lián)軸器的規(guī)格。 　　主、從動端軸徑不相同是普通現(xiàn)象，當(dāng)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速相同，主、從動端軸徑不相同時，應(yīng)按大軸徑選擇聯(lián)軸器型號。新設(shè)計的傳動系統(tǒng)中， 應(yīng)選擇符合GBT3852中規(guī)定的七種軸孔型式，推薦采用J1型軸孔型式，以提高通用性和互換性，軸孔長度按i軸承聯(lián)軸器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
膜片聯(lián)軸器的應(yīng)用
　　 廣泛用于各種機(jī)械裝置的軸系傳動，如水泵（尤其是大功率、化工泵）、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、液壓機(jī)械、石油機(jī)械、印刷機(jī)械、紡織機(jī)械、化工機(jī)械、礦山機(jī)械、冶金機(jī)械、航空（直升飛機(jī)）、艦艇高速動力傳動系統(tǒng)、汽輪機(jī)、活塞式動力機(jī)械傳動系統(tǒng)、履帶式車輛，以及發(fā)電機(jī)組高速、大功率機(jī)械傳動系統(tǒng)，經(jīng)動平衡后應(yīng)用于高速傳動軸系已比較普遍。