靜壓關節軸承球面及靜壓螺母的精密加工

冀建平

(秦川機床工具集團股份公司，陜西 寶雞 721009)

靜壓關節軸承球面及靜壓螺母的精密加工

冀建平

(秦川機床工具集團股份公司，陜西 寶雞 721009)

靜壓軸承滑動副表面形位精度較高，采用研磨的工藝方法能夠滿足要求；靜壓螺母牙型面上的油腔為螺旋狀，常規工藝手段難以實現，在數控車削中心上采用專用刀具進行刨車，滿足了設計要求。

靜壓絲杠；球面；油腔；研磨；車削

靜壓關節軸承主要用于高檔數控機床，其特點為高剛性，高精度，高的動態特性，無反向間隙，可調節，反應快，零磨損，不發熱，靜音等特點。通過新型節流器控制壓力和流量使得油膜厚度恒定不變，且不受負載和速度的影響。靜壓絲杠替代傳統滾珠絲杠結合伺服電動機作為驅動系統將成為金屬切削機床的新方案，尤其適用于精加工機床及重載機床。

1 課題概述

我廠聯合西安交通大學合作研發的高精度非球面光學磨床LGF750，直線軸系均采用了靜壓關節軸承及靜壓絲杠，且該結構為自行設計并生產，生產過程中對凸凹球面及靜壓絲杠螺母的加工工藝進行了攻關。靜壓關節軸承的凸凹球面球度0.005 mm，配合間隙0.04～0.06 mm，采用專用研磨工裝對其進行研磨，從而達到了設計要求；靜壓絲杠螺母零件的油腔分布于螺紋牙型面上，帶有相應的升角，深度為0.7 mm，每圈均布4個油腔，總共4圈，且左右牙型面上均有，傳統的加工工藝難以保證，用車削中心頭架的伺服分度功能，采用專用刀具進行了刨削，滿足了設計要求。靜壓絲杠軸系如圖1所示。其中，靜壓螺母座的凸凹球靜壓結構僅在裝配過程中起自位調整作用，裝配結束時兩者即固定成一體承擔螺母功能。

2 靜壓關節軸承球面的加工

2.1 技術要求

(1)螺母副凸凹球參數：直徑200 mm；圓度0.005 mm；直徑公差0.01 mm；粗糙度Ra0.4 μm；凸凹球配合間隙0.04～0.06 mm。

(2)軸承副凸凹球參數：直徑100 mm；圓度0.005 mm；直徑公差0.01 mm；粗糙度Ra0.4 μm；凸凹球配合間隙0.04～0.06 mm。

2.2 加工工藝

采用專用的研磨工裝，研磨關節軸承中零件的凸球面和凹球面，研磨后球面達到了很高的精度，尺寸做到嚴格的控制。圓度3～6 μm、粗糙度Ra0.2～0.4 μm，尺寸公差范圍可控制在0.01 mm以內。研磨凸球面的為碗狀研具，研具的工作部位為45°倒角，研磨凹球面的為板狀研具，研具的工作部位為相應球面的一部分圓弧。研具靠氣動貼緊于所研工件表面，研具通過擺桿沿著球面縱向擺動，工件做旋轉運動，通過研具給予工件不同的力及不同粒度的研磨劑，去掉工件的高點，最終加工出一個精度很高的球面。研磨工裝及研具如圖2。凸球樣件如圖3。

2.3 研磨后檢測數據

研磨后在兩個或三個相位檢測數據如下。

(1)02部件軸承座

φ99.535 mm，φ99.535 mm。

(2)06部件軸承座

φ100.08 mm，φ100.082 mm。

(3)06部件螺母座

φ199.94 mm，φ199.943 mm。

(4)02部件螺母座

φ199.67 mm，φ199.668 mm，φ199.67 mm。

(5)軸承球02-011

(凸球)φ99.487 mm(水平方向量)，φ99.483 mm(斜著量)。

(凹球)φ100.04 mm(水平方向量)，φ100.038 mm(斜著量)。

(6)螺母球02-011。

(凸球)φ199.63 mm(水平方向量)，φ199.632 mm(斜著量)。

(凹球)φ199.896 mm(水平方向量)，φ199.888 mm(斜著量)。

2.4 球面研磨亟待提升的環節及解決措施

(1)工件安裝精度對其加工精度的影響，根據基準傳遞原理，若安裝精度超差，則影響其他特征對其的位置精度。

(2)研磨時不完整面的邊緣處可能會耷角，考慮做工裝促使其球面擴大，研完后去掉工裝，以保證整個球面精度都很高。解決邊緣耷角采取的措施如圖4。

3 靜壓螺母油槽的加工

靜壓絲杠螺母M52X10，油腔位于絲杠螺母的螺旋面上，一轉螺旋面上均布4個油腔，且不連續，左右牙型面上均有，螺紋部分共四圈，油腔深0.7 mm、寬3 mm、長度范圍55°。傳統的銑削和車削均難以實現，最終在車削中心上利用其頭架的伺服分度功能，用特制刀具進行铇削，一次吃刀完成加工，保證了其均布和一致性，單側螺旋面上的油槽加工時間不足1 min。真正做到了高效及高精度。零件樣品如圖5、刀具如圖6。

靜壓螺母油槽加工程序如下：

主程序

JYLM001

N10 G98

N20 M18

N30 G28 H0

N40 T0317

N50 #1=0.73

N60 G0 X34 Z0 C0

N70 M98 P16 0017

N80 G0 Z200

N90 M30

%

子程序

0017

N10 G98

N20 G0 H27.5 W-0.764 X47.5

N30 G1 W-#1 V0.43 H-2 F800

H-51 W1.4

W#1 U-0.43 H-2

N40 G0 X34

N50 G0 H27.5 W-0.636

H90 W-2.5

N60 M99

%

[1]楊建東，田春林.高速研磨技術[M].北京：國防工業出版社,2003.

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The precision machining method for hydrostatic joint bearing spherical surface and hydrostatic nut

JI Jianping

(Qinchuan Machine Tool & Tool (Group) Crop, Baoji 721009, CHN)

Hydrostatic bearing sliding surface is high precision, which can meet the requirements by adopting the method of lapping; oil cavity on hydrostatic nut tooth profile surface is spiral, which can’t satisfy the requirement of design with conventional technology means, it can be planed with special tools in the numerical control center to meet the requirement.

hydrostatic lead screw; spherical surface; oil cavity; lapping; turning

TG502

A

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.12.018

冀建平，男，1981年生，工程師，研究方向為機床制造工藝，已發表論文3篇。

(編輯 孫德茂)

2016-08-23)

161226