無磁軸連軸承細長臺階孔的磨削工裝設計

張風琴，劉燕娜，魏秀軍

(洛陽軸承研究所有限公司，河南 洛陽 471039)

汽車發(fā)動機水泵、紡織機械等所使用的軸連軸承結構相對簡單，軸為實心軸，軸徑在10 mm以上，多采用GCr15，G95Cr18等較易加工的導磁材料，一般軸承精度為P6，加工相對容易。隨著電子工程和精密工程領域向微型化、高精度發(fā)展，國內(nèi)軸承行業(yè)也興起對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，精度等級為P4，部分軸承的軸還帶有細長臺階孔并且臺階處要求清根(過渡半徑為零或非常小，以避免裝配時干涉)，同時對軸的內(nèi)孔錐度也有一定要求，該類型軸連軸承材料特殊(無磁)，尺寸小，精度要求非常高，其細長臺階孔采用一般的內(nèi)圓磨床無法加工。因此，設計出輔助工裝，在電磁無心夾具內(nèi)圓磨床上實現(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26 mm，細長臺階內(nèi)孔為φ4.2 mm×15 mm和φ3 mm×10.4 mm。細長軸最終尺寸及精度要求如圖1所示。

圖1 軸連軸承細長軸臺階內(nèi)孔尺寸精度

若采用傳統(tǒng)的滾輪加支承的復合型無心夾具磨床(3MZ201)加工，由于細長軸橫截面尺寸較小，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，進給量較大時會出現(xiàn)軸不能正常旋轉(zhuǎn)甚至傾覆，細長軸臺階內(nèi)孔的錐度達不到技術要求；材料的抗磁性會使工件無法進行定位夾裝。

細長軸臺階小端孔由于對形狀、尺寸精度要求不高，可以在電火花磨床上進行磨削。而大端孔設計在3MZ203K磨床(表1)上采用電磁無心夾具及二級夾具進行分段磨削，即先在內(nèi)孔軸向上分3段進行切入磨削，磨削到指定尺寸后再進行震蕩磨削[1]和清根。

表1 3MZ203K磨床主要參數(shù)

2 定位工裝設計

由于軸的材料特性，在磁力夾具上無法吸附，必須通過能夠?qū)Т诺亩墛A具夾裝才能在電磁無心夾具上進行磨削加工。設計的裝夾、定位工裝如圖2所示。

圖2 二級夾具裝夾細長軸示意圖

細長軸采用二級夾具裝夾，在3MZ203K專用磨床上磨削加工，手動上下料。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、專用導磁夾具、上支承、下支承等[2]。細長軸內(nèi)孔磨削加工原理如圖3所示。

1—磁極；2—細長軸；3—二級夾具；4—支承

細長軸的外徑面由前支點和后支點共同支承，通過調(diào)節(jié)兩支承在半圓盤上的夾角以及支點與支承座之間的厚度來保證細長軸在磨削時能夠良好的回轉(zhuǎn)。

二級夾具定位安裝如圖4所示，經(jīng)過研磨的細長軸端面與定位塊基準端面平齊，緊密地貼合在光潔的平板上，然后套入二級夾具，保證二級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長軸與二級夾具緊固牢靠。

1—細長軸；2—二級夾具；3—定位塊；4—平板

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

3 實際生產(chǎn)驗證

依照工藝要求加工二級夾具和定位塊，對200件樣品按照圖4的方法固定，在3MZ203K磨床上進行調(diào)整并加工，產(chǎn)品合格率達到91.5%(表2)，能夠滿足正常生產(chǎn)需要，表明設計的輔助工裝應用在微型無磁軸連軸承細長軸臺階內(nèi)孔的磨削上可以滿足技術要求。

表2 產(chǎn)品缺陷種類及數(shù)量

4 結束語

針對無磁軸連軸承細長臺階孔的磨削，設計的附加二級夾具縮短了支承間距，增大了接觸面積，進而增大了電磁吸力，實現(xiàn)了在電磁無心夾具磨床上的加工。

細長且需要清根的內(nèi)孔產(chǎn)品可以進行分段切入磨，磨削到指定尺寸后再進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。