無(wú)磁軸連軸承細(xì)長(zhǎng)臺(tái)階孔的磨削工裝設(shè)計(jì)

張風(fēng)琴，劉燕娜，魏秀軍

(洛陽(yáng)軸承研究所有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)水泵、紡織機(jī)械等所使用的軸連軸承結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，軸為實(shí)心軸，軸徑在10 mm以上，多采用GCr15，G95Cr18等較易加工的導(dǎo)磁材料，一般軸承精度為P6，加工相對(duì)容易。隨著電子工程和精密工程領(lǐng)域向微型化、高精度發(fā)展，國(guó)內(nèi)軸承行業(yè)也興起對(duì)高精度微型軸連軸承單元的研發(fā)。此類高精度微型軸連軸承的軸徑一般在10 mm以下，精度等級(jí)為P4，部分軸承的軸還帶有細(xì)長(zhǎng)臺(tái)階孔并且臺(tái)階處要求清根(過(guò)渡半徑為零或非常小，以避免裝配時(shí)干涉)，同時(shí)對(duì)軸的內(nèi)孔錐度也有一定要求，該類型軸連軸承材料特殊(無(wú)磁)，尺寸小，精度要求非常高，其細(xì)長(zhǎng)臺(tái)階孔采用一般的內(nèi)圓磨床無(wú)法加工。因此，設(shè)計(jì)出輔助工裝，在電磁無(wú)心夾具內(nèi)圓磨床上實(shí)現(xiàn)磨削加工。

1 加工工藝分析

某型軸連軸承的軸最大外徑尺寸為7.29mm，總長(zhǎng)26 mm，細(xì)長(zhǎng)臺(tái)階內(nèi)孔為φ4.2 mm×15 mm和φ3 mm×10.4 mm。細(xì)長(zhǎng)軸最終尺寸及精度要求如圖1所示。

圖1 軸連軸承細(xì)長(zhǎng)軸臺(tái)階內(nèi)孔尺寸精度

若采用傳統(tǒng)的滾輪加支承的復(fù)合型無(wú)心夾具磨床(3MZ201)加工，由于細(xì)長(zhǎng)軸橫截面尺寸較小，支承剛度較差，滾輪式夾裝工具壓力只能施加在一端，軸懸吊端的旋轉(zhuǎn)精度較差，進(jìn)給量較大時(shí)會(huì)出現(xiàn)軸不能正常旋轉(zhuǎn)甚至傾覆，細(xì)長(zhǎng)軸臺(tái)階內(nèi)孔的錐度達(dá)不到技術(shù)要求；材料的抗磁性會(huì)使工件無(wú)法進(jìn)行定位夾裝。

細(xì)長(zhǎng)軸臺(tái)階小端孔由于對(duì)形狀、尺寸精度要求不高，可以在電火花磨床上進(jìn)行磨削。而大端孔設(shè)計(jì)在3MZ203K磨床(表1)上采用電磁無(wú)心夾具及二級(jí)夾具進(jìn)行分段磨削，即先在內(nèi)孔軸向上分3段進(jìn)行切入磨削，磨削到指定尺寸后再進(jìn)行震蕩磨削[1]和清根。

表1 3MZ203K磨床主要參數(shù)

2 定位工裝設(shè)計(jì)

由于軸的材料特性，在磁力夾具上無(wú)法吸附，必須通過(guò)能夠?qū)Т诺亩?jí)夾具夾裝才能在電磁無(wú)心夾具上進(jìn)行磨削加工。設(shè)計(jì)的裝夾、定位工裝如圖2所示。

圖2 二級(jí)夾具裝夾細(xì)長(zhǎng)軸示意圖

細(xì)長(zhǎng)軸采用二級(jí)夾具裝夾，在3MZ203K專用磨床上磨削加工，手動(dòng)上下料。磨床磨削裝置及工裝主要包括：數(shù)字變頻高速電主軸、數(shù)字變頻工件軸、高剛性硬質(zhì)合金砂輪接桿、擋料板、托料板、磁極、專用導(dǎo)磁夾具、上支承、下支承等[2]。細(xì)長(zhǎng)軸內(nèi)孔磨削加工原理如圖3所示。

1—磁極；2—細(xì)長(zhǎng)軸；3—二級(jí)夾具；4—支承

細(xì)長(zhǎng)軸的外徑面由前支點(diǎn)和后支點(diǎn)共同支承，通過(guò)調(diào)節(jié)兩支承在半圓盤上的夾角以及支點(diǎn)與支承座之間的厚度來(lái)保證細(xì)長(zhǎng)軸在磨削時(shí)能夠良好的回轉(zhuǎn)。

二級(jí)夾具定位安裝如圖4所示，經(jīng)過(guò)研磨的細(xì)長(zhǎng)軸端面與定位塊基準(zhǔn)端面平齊，緊密地貼合在光潔的平板上，然后套入二級(jí)夾具，保證二級(jí)夾具的端面與定位塊端面緊密貼合，然后擰緊固定螺母使細(xì)長(zhǎng)軸與二級(jí)夾具緊固牢靠。

1—細(xì)長(zhǎng)軸；2—二級(jí)夾具；3—定位塊；4—平板

與支點(diǎn)接觸的細(xì)長(zhǎng)軸外徑面作為內(nèi)徑磨削的基準(zhǔn)面，其精度直接影響內(nèi)徑面磨削的質(zhì)量[3]，所以細(xì)長(zhǎng)軸的外徑面必須經(jīng)過(guò)精磨或研磨，以保證外徑面表面粗糙度Ra不大于0.2 μm，圓度不大于1 μm；定位塊和二級(jí)夾具的端面表面粗糙度Ra也應(yīng)不大于0.2 μm，兩端面的平行差都不大于1 μm，同時(shí)還需保證二級(jí)夾具的內(nèi)徑面與端面的垂直度不大于2.5 μm。

3 實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證

依照工藝要求加工二級(jí)夾具和定位塊，對(duì)200件樣品按照?qǐng)D4的方法固定，在3MZ203K磨床上進(jìn)行調(diào)整并加工，產(chǎn)品合格率達(dá)到91.5%(表2)，能夠滿足正常生產(chǎn)需要，表明設(shè)計(jì)的輔助工裝應(yīng)用在微型無(wú)磁軸連軸承細(xì)長(zhǎng)軸臺(tái)階內(nèi)孔的磨削上可以滿足技術(shù)要求。

表2 產(chǎn)品缺陷種類及數(shù)量

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)無(wú)磁軸連軸承細(xì)長(zhǎng)臺(tái)階孔的磨削，設(shè)計(jì)的附加二級(jí)夾具縮短了支承間距，增大了接觸面積，進(jìn)而增大了電磁吸力，實(shí)現(xiàn)了在電磁無(wú)心夾具磨床上的加工。

細(xì)長(zhǎng)且需要清根的內(nèi)孔產(chǎn)品可以進(jìn)行分段切入磨，磨削到指定尺寸后再進(jìn)行震蕩磨削和清根加工，以避免由于砂輪軸以及支承剛度等原因造成的缺陷。