超精密磨削主軸產(chǎn)生橢圓的原因分析及對(duì)策

【摘要】介紹了CNCH350加工過(guò)程中遇到的磨削問(wèn)題，針對(duì)精密磨削中所產(chǎn)生的磨削缺陷，分析了橢圓度的產(chǎn)生、圓度超差的原因及解決方法，以及所采取的一些措施，和新的工藝手段，探討了采取新的措施和工藝方法后的效果。

【關(guān)鍵詞】磨床；磨削；主軸；圓度

Abstract：Introduces CNCH350 encountered in the process of grinding， for in the precision grinding of grinding defects， analyzed the ovality， roundness error causes and solutions， and has taken some measures， and new technology method， discusses the new measures and the effect after the process method.

Keywords：Grinding machine；Grinding；Spindle；Roundness

CNCH350是公司在“國(guó)家高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技創(chuàng)新中，承擔(dān)的重大專(zhuān)項(xiàng)課題“航空精密加工車(chē)床”。在對(duì)這臺(tái)機(jī)床主軸進(jìn)行超精密磨削過(guò)程中，曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)這樣的現(xiàn)象：磨削后的主軸，在以鍵槽對(duì)稱軸左右45o方向分別為長(zhǎng)短軸，形成大小在0.009mm左右明顯的橢圓度（如圖1所示）。

試驗(yàn)證明，主軸橢圓度的產(chǎn)生，是由于主軸本身結(jié)構(gòu)及在磨削過(guò)程中周期變化斜彎曲的影響所形成。從圖1可看出：OY、OZ軸為對(duì)稱軸（也是主慣軸），通過(guò)OY、OZ軸的縱平面為其主軸的主慣面。為了研究和計(jì)算推理方便，在不影響變形性質(zhì)的情況下做如下假設(shè)：

1.在磨削過(guò)程中，因?yàn)槟ハ髁苄。?lt;2Kgf），與其工件自重（52Kg）相比，可忽略不計(jì)。

2.主軸在自重作用下的彎曲變形，可近似看成均布載荷q作用下的變形。

因?yàn)橹鬏SOY是雙鍵槽的對(duì)稱軸，所以只要研究了OY軸在Ⅰ、Ⅱ象限中的情況，主軸在磨削過(guò)程中發(fā)生斜彎曲的情況就基本清楚了。

主軸在磨削過(guò)程中，工件每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，由于Jy≠Jz，在主軸自重的作用下就形成了周期變化的斜彎曲。這種斜彎曲就引起了工件在水平方向的周期擺動(dòng)（主軸及垂直方向同樣也在上下周期擺動(dòng)，但對(duì)主軸磨削橢圓度影響不大，故不予研究）。當(dāng)工件向遠(yuǎn)離砂輪方向擺動(dòng)時(shí)主軸將少磨去一部分；當(dāng)向接近砂輪方向擺動(dòng)時(shí)主軸將被砂輪多磨去一部分。于是在磨削過(guò)程中工件就自然地形成了橢圓度。由均布載荷作用下梁的彈性曲線方程式可知：y=qx（L-2Lx+x）/24，當(dāng)x→0時(shí)，y→0。所以主軸的橢圓度從剛性最差的中間部位向兩端逐漸減少，兩端橢圓度最小，趨向于零。

從上述分析可知：CNC600主軸在磨削過(guò)程中橢圓度的形成是由于周期變化的斜彎曲的影響造成的。因此，只要主軸結(jié)構(gòu)和磨削方式不變，橢圓度就必然會(huì)產(chǎn)生。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，終于找到了利用現(xiàn)有設(shè)備（M131W）盡量減少主軸橢圓度的方法。這就是采用具有彈性的石墨填料砂輪，進(jìn)行調(diào)頭磨削并嚴(yán)格控制停機(jī)的適當(dāng)時(shí)機(jī)，同時(shí)借用磨削過(guò)程的復(fù)映規(guī)律，就可以達(dá)到較為理想的真圓度。因?yàn)檎{(diào)頭磨削剛開(kāi)始砂輪接觸工件的部位是橢圓的長(zhǎng)軸，隨著磨削的繼續(xù)進(jìn)行橢圓度逐漸減少，當(dāng)長(zhǎng)短軸接近相等時(shí)立即停止磨削。如果繼續(xù)磨削下去將使原來(lái)的長(zhǎng)軸變?yōu)槎梯S。

及時(shí)掌握停機(jī)時(shí)間是磨削成敗的關(guān)鍵。我們是這樣控制的：在調(diào)頭磨削時(shí)將主軸外圓涂上紫色或紅丹油，當(dāng)磨削面積達(dá)到整個(gè)外圓面積的1/2時(shí)，立即停止磨削，此時(shí)主軸的長(zhǎng)短軸接近相等。應(yīng)用上述方法在普通磨床上磨削，使主軸橢圓度由原來(lái)的0.009mm減少到0.0027mm，母線直度小于0.002mm，粗糙度Ra0.022um。根據(jù)這種原理，利用其它零件作試驗(yàn)，得到了完全一致的結(jié)論。如一根￠50x2000mm的鏜刀桿進(jìn)行磨削時(shí)，當(dāng)?shù)斗娇组_(kāi)到一個(gè)方向上時(shí)，用正常方法磨削橢圓度達(dá)0.03～0.04mm。若采用上述方法磨削，則很容易把其橢圓度控制在0.01mm以內(nèi)。當(dāng)多個(gè)刀方槽成90o方向間隔開(kāi)到刀桿上（如圖2所示），就是利用一般方法磨削，也能得到比較滿意的結(jié)果。我們?cè)榱斯ぞ邘?kù)的所有典型鏜刀桿，發(fā)現(xiàn)直徑和長(zhǎng)度完全相近而刀方槽開(kāi)的方位不同時(shí)，橢圓度相差很大。

為此，在設(shè)計(jì)精密長(zhǎng)軸零件時(shí)，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，盡量在零件的任一對(duì)垂直的主慣性平面內(nèi)使慣性矩J盡量接近，即Jy≈Jz。

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作者簡(jiǎn)介：徐艷莉（1968—），女，甘肅天水人，工程師，主要從事中、小零件和畸形零件的機(jī)械加工及工藝、分廠技術(shù)管理等工作。