淬火橫軸的孔面磨削加工

蘇州一光儀器有限公司（江蘇 215006) 王 金

橫軸是經緯儀最重要的零件之一，它是聯接經緯儀支架與望遠鏡組件的核心零件，關系到經緯儀整機的質量，尤其是其兩端外圓mm、mm與中間部位橫軸孔mm之間的形位公差要求非常高 (見圖1)。也就是說:如果該零件在形位公差沒有滿足圖樣技術要求的情況下被使用，那么望遠鏡組件與支架的裝配位置關系偏移過大，經緯儀的測角精度則會受到直接影響，甚至可能導致儀器測量數據因偏差過大而完全失去意義。

橫軸零件結構如圖1所示，材料為GCr15鋼，整體淬火硬度要求60～65HRC，主要配合面的表面粗糙度值要求最高達Ra=0.2μm。在加工該零件時，既要保證所有外圓和孔φ40mm的尺寸精度要求，又要保證外圓與臺階面、外圓與孔φ40mm、孔φ40mm與其孔口端面之間的形位公差要求，加工難度較大，必須設計相應的工裝才能實現其加工要求。

1.工藝難點分析與相應措施

圖1 橫軸

2.機床選擇

3.工裝設計

(1)工裝結構方案及工作原理 工裝的結構如圖2所示。

圖2 橫軸磨削工裝

尾錐體1通過利用磨床專用拉桿固定在機床的主軸上，以莫氏5號錐度定位;法蘭盤3與尾錐體1用4個M10的內六角圓柱頭螺釘2聯接緊固，用軸與孔的間隙配合定位;下支撐座4(見圖3)與法蘭盤3用4個M8的內六角圓柱頭螺釘18緊固，并用兩個A6圓柱銷17定位;上支撐座7(見圖4)與下支撐座4的一端用一只A10圓柱銷23定位，并可以上下旋轉，而另一端用活動螺栓8、A8圓柱銷15、M12六角螺母16(各1個)組合結構壓緊;恰好被加工零件 (虛線表示)放在上下支撐座中間，被上支撐座7壓緊在下支撐座4上，且其兩端外圓分別各用一只半圓形的定位環6(見圖5)、定位環9(見圖6)定位;另外在橫軸軸心線方向，以橫軸的一個臺階面靠在Q面 (見圖2)上定位，另一端用一個彈性裝置壓緊 (該彈性裝置包括零件:頂桿10、螺套11、壓縮彈簧12、拉手13、支座14和內六角圓柱頭螺釘18);其次用一個活動的定位結構 (該定位結構包括零件:內六角圓柱頭螺釘19、定位螺釘20、自制螺母21和開槽錐端緊定螺釘22)限制橫軸沿軸線方向旋轉;最后用配重塊24來保證整個工裝的重心落在尾錐體1的軸線上。

圖3 下支撐座4

圖4 上支撐座7

圖5 定位環6

圖6 定位環9

使用工裝時，首先將整個工裝置入磨床的主軸中拉緊;其次松開六角螺母16，掀開上支撐座7后把被加工零件放入工裝，并用彈性裝置壓緊;其次放下上支撐座7，稍微緊固六角螺母16和旋緊定位螺釘20，以固定被加工零件，再利用安裝在機床上的千分表對橫軸孔mm找正中心;再次緊固六角螺母16和加固定位螺釘20，再找正橫軸孔φ39.5mm中心，直至圓跳動控制在0.05mm以內;最后可以先加工橫軸孔φ40mm，再磨削該孔的端面。

(2)工裝的制造與調試方法 該橫軸磨削工裝有幾個非常重要的參數及形位公差要求特別高 (見圖2)，以及為減少工裝的裝夾誤差和增加該工裝的使用壽命而必須使部分零件淬火，導致工裝的制造難度很大。具體要求如下:φ24mm與φ13mm的軸心線必須與尾錐錐體1的軸心線之間的垂直度、位置度分別為0.008mm、0.01mm;Q面與尾錐錐體1的軸心線之間的距離為 (50.8±0.03)mm;半圓形的定位環6、定位環9必須經淬火后硬度為35HRC左右，尾錐錐體1必須經淬火后硬度為55HRC左右。

基于以上要求，首先，該工裝的尾錐錐體1選用GCr15材料，磨削加工前淬火硬度為55HRC左右;其他非標準零件均選用45鋼，除定位環6、定位環9磨削加工前需淬火硬度為35HRC左右之外，均無需淬火;其次，下支撐座4的兩處半孔φ33mm、上支撐座 7的半孔φ24mm和φ13mm均必須在裝配后組合加工，保證圖2所示的垂直度要求;再次，定位環6和定位環9待淬火和磨削加工符合圖樣要求后，再用線切割將其加工成半圓。

工裝調試方法，采用零件試加工并檢驗該零件偏差的手段來完成。即:橫軸磨削工裝制造完成，且橫軸半成品零件也到了此道工序，那么把橫軸磨孔工裝安裝在磨床上，并把橫軸半成品零件按照工裝使用要求裝夾在工裝上，起動機床后試加工至圖樣尺寸;然后卸下橫軸半成品零件，并拿到三坐標機上進行測量;最后根據橫軸試加工零件的測量結果，修正Q面，或修正定位環6、定位環9相關尺寸，或重新加工定位環6、定位環9來完成工裝調試。

4.孔面磨削加工與工裝驗證

通過以上工藝方案的實際小批試生產，從12件中抽取合格的10件成品到三坐標測量儀上測量驗證，從數據中可以得出結論:橫軸成品零件在此道工序中的技術指標符合圖樣技術要求，加工質量穩定。因此，橫軸孔及其孔口端面加工工藝方案和磨削工裝能夠滿足其加工要求。

5.結語

利用以上相同的工藝方案和工裝對橫軸零件進行大批量生產，均獲得了成功。因此，橫軸淬火后的孔及其端面的加工工藝、工裝，滿足了零件質量的生產技術需求，保證了經緯儀產品的精度目標。