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(jīng)緯儀最重要的零件之一，它是聯(lián)接經(jīng)緯儀支架與望遠(yuǎn)鏡組件的核心零件，關(guān)系到經(jīng)緯儀整機(jī)的質(zhì)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(shuō):如果該零件在形位公差沒有滿足圖樣技術(shù)要求的情況下被使用，那么望遠(yuǎn)鏡組件與支架的裝配位置關(guān)系偏移過(guò)大，經(jīng)緯儀的測(cè)角精度則會(huì)受到直接影響，甚至可能導(dǎo)致儀器測(cè)量數(shù)據(jù)因偏差過(guò)大而完全失去意義。

橫軸零件結(jié)構(gòu)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(dá)Ra=0.2μm。在加工該零件時(shí)，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(tái)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(shè)計(jì)相應(yīng)的工裝才能實(shí)現(xiàn)其加工要求。

1.工藝難點(diǎn)分析與相應(yīng)措施

圖1 橫軸

2.機(jī)床選擇

3.工裝設(shè)計(jì)

(1)工裝結(jié)構(gòu)方案及工作原理 工裝的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 橫軸磨削工裝

尾錐體1通過(guò)利用磨床專用拉桿固定在機(jī)床的主軸上，以莫氏5號(hào)錐度定位;法蘭盤3與尾錐體1用4個(gè)M10的內(nèi)六角圓柱頭螺釘2聯(lián)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(gè)M8的內(nèi)六角圓柱頭螺釘18緊固，并用兩個(gè)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(zhuǎn)，而另一端用活動(dòng)螺栓8、A8圓柱銷15、M12六角螺母16(各1個(gè))組合結(jié)構(gòu)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(huán)6(見圖5)、定位環(huán)9(見圖6)定位;另外在橫軸軸心線方向，以橫軸的一個(gè)臺(tái)階面靠在Q面 (見圖2)上定位，另一端用一個(gè)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(nèi)六角圓柱頭螺釘18);其次用一個(gè)活動(dòng)的定位結(jié)構(gòu) (該定位結(jié)構(gòu)包括零件:內(nèi)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(zhuǎn);最后用配重塊24來(lái)保證整個(gè)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(huán)6

圖6 定位環(huán)9

使用工裝時(shí)，首先將整個(gè)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(jī)床上的千分表對(duì)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(dòng)控制在0.05mm以內(nèi);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(diào)試方法 該橫軸磨削工裝有幾個(gè)非常重要的參數(shù)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(dǎo)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(huán)6、定位環(huán)9必須經(jīng)淬火后硬度為35HRC左右，尾錐錐體1必須經(jīng)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(biāo)準(zhǔn)零件均選用45鋼，除定位環(huán)6、定位環(huán)9磨削加工前需淬火硬度為35HRC左右之外，均無(wú)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(huán)6和定位環(huán)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(diào)試方法，采用零件試加工并檢驗(yàn)該零件偏差的手段來(lái)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(dòng)機(jī)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(biāo)機(jī)上進(jìn)行測(cè)量;最后根據(jù)橫軸試加工零件的測(cè)量結(jié)果，修正Q面，或修正定位環(huán)6、定位環(huán)9相關(guān)尺寸，或重新加工定位環(huán)6、定位環(huán)9來(lái)完成工裝調(diào)試。

4.孔面磨削加工與工裝驗(yàn)證

通過(guò)以上工藝方案的實(shí)際小批試生產(chǎn)，從12件中抽取合格的10件成品到三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x上測(cè)量驗(yàn)證，從數(shù)據(jù)中可以得出結(jié)論:橫軸成品零件在此道工序中的技術(shù)指標(biāo)符合圖樣技術(shù)要求，加工質(zhì)量穩(wěn)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(jié)語(yǔ)

利用以上相同的工藝方案和工裝對(duì)橫軸零件進(jìn)行大批量生產(chǎn)，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(zhì)量的生產(chǎn)技術(shù)需求，保證了經(jīng)緯儀產(chǎn)品的精度目標(biāo)。