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内滚式镗刀杆的装配磨削法

 GXF360 2019-11-03

最近在我公司的工装加工中,接到了一种双面镗床内滚式精镗刀杆的加工任务,技术要求装配后刀杆的回转精度0.005mm以下,直线滑动精度0.005mm/500mm以内,以此保证在双面镗削工件时,控制工件上两边孔的尺寸和位置精度要求。图1是镗刀杆装配示意图。

1.难点分析

(1)内滚式精镗刀杆装配中存在的困难。图1所示的刀杆回转精度要求在0.005mm以下,直线滑动精度在0.005mm/500mm以内,轴承外边的滑动套筒没有特别设置轴向导向元件,除轴向直线滑动外,还有旋转的趋向,所以镗刀杆的回转精度不但与轴承的回转精度有关,而且和轴承外边的滑动套筒的回转精度也有一定关系。

此类刀杆比设有轴向导向键的内滚式镗刀杆制造精度要求稍高,而且要想达到这种高精度的回转和直线滑动要求,如果按照传统的完全互换法装配,则零件的公差将过严,单纯地提高零件本身精度来满足装配精度要求,超过了加工工艺的现实可能性,不仅困难,甚至不可能达到。

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(2)滑动套筒加工时存在的困难。滑动套筒是刀杆系统中起着支承定位作用的一个重要部件,两端轴承孔的同轴度和孔对外圆跳动精度关系着整个刀杆的精度。刀杆的回转精度与轴承和轴承外边的滑动套筒的回转精度用磨削加工,用其他的加工方法已经很难加工和保证零件的精度要求,具有一定的加工局限性。即使用磨削的方法,不但要做高精度磨床夹具,而且这种相对较长工件两端轴承孔的同轴度和孔对外圆跳动要求均在0.003mm以内,接近内孔磨床精度,超过了加工工艺的现实可能性。所以,高硬度高精度的滑动套筒制作时不但需要放大形位公差要求,而且需要寻找一种更加经济有效的加工工艺方法。都有关系,由于刀杆总装后的回转精度要求在0.005mm以内,滑动套筒对轴承孔的回转精度只是装配组成环的一个组成环节,圆跳动精度应小于总装跳动精度,控制在0.003mm以下。滑动套筒如图2所示。

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由图2可以看出,零件的形位公差过严,加工时基本很难达到。而且从加工方法来看,虽然客户对滑动套筒并没有特别的高硬度渗氮要求,但是表面60~64HRC的渗碳淬火硬度除了

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图 1 1.镗刀杆 2.深沟球轴承6010 3.角接触球轴承7010C/AC 4.滑动套筒 5.支撑座 6.镗套 7.工件

图 2

2.解决方案

(1)装配方法的选择。在高精度工装生产装配中,通常将装配组成环的公差放大到经济可行的程度,由此所引起的装配封闭环累积误差的扩大,通过对某一组成环的补充加工来补偿。这种装配各组件后再补充加工主要精度部位的方法(装配加工法或修配法),就可解决这种看起来非常困难的问题。装配加工法是满足总装精度要求的一种重要方法。应用时把各组件装配一起以后,最后进行精加工主要部分,保证主要精度的方法,这样直接消除了装配时各个零部件的累积误差,保证了零件高精度的总装要求。

图1中我们选择把中间装刀头的刀杆与轴承,滑动套筒装配后,再磨削加工滑动套筒外圆,此时不但能放大两端轴承孔的位置精度要求到经济可行的程度,而且滑动套筒的外圆累积跳动精度也可通过最后补充精磨削来消除,精磨削后的滑动套筒外圆跳动精度高度接近轴承的径向跳动精度。

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(2)滑动套筒加工工艺选择。高精度滑动套筒表面硬度热处理后高达60~64HRC,为了方便加工,在这里考虑到两端轴承孔只起支承作用,经过与客户沟通,两端内孔表面可以不作高硬度要求,而且由于刀杆的回转精度我们选择在装配后磨削完成,能够消除装配时各个零部件的累积误差,所以在加工时可以稍微放宽此滑动套筒的形位公差要求,两端孔同轴度保证在0.01mm左右即可。

经过考虑,我们决定在渗碳后热处理之前把两端面及两端轴承孔处的渗碳层去除,使得零件在热处理后可以镗削加工,热处理后粗磨滑动套筒外圆,在高精度卧镗上加工两端轴承孔。用镗孔来代替调头磨削,不需要做磨床夹具,对于这种相对长度较长的工件来说,操作起来更简便、经济。

采取以上两种办法,装配后再磨削滑动套筒的外圆,我们实测滑动套筒外圆的跳动在0.002mm以内,同时滑动套筒外圆经过与相配合的镗套内孔精密配研,进一步减少了装配误差,防止间隙过大或过小,满足直线滑动时的合理间隙,完全达到了客户对内滚式回转镗刀杆的高精度技术要求。

3.滑动套筒加工过程

(1)粗车外圆内孔及两端面,外圆留1mm余量,内孔均留4~5mm余量,两端面均留3mm余量。

(2)单边渗碳深0.8~1.2 mm。

(3)车去两端轴承孔及端面渗碳层,两端轴承孔均留1mm余量。

(4)攻螺纹。

(5)热处理。

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(6)粗磨滑动套筒外圆,留0.2mm余量,靠磨两端面。

(7)找正工件,镗削两端轴承孔。

(8)装配刀杆(已精磨后的刀杆)其他零件,轴承及滑动套筒等,拧紧螺钉。

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(9)精磨外圆,控制外圆跳动0.003mm以内,最后,外圆与镗套内孔精密配研。

图 3

4.试磨时出现的问题

试磨时,我们把中间刀杆随滑动套筒一起绕轴承旋转磨削滑动套筒外圆,受装配后工件自重和顶孔及装配误差影响,随后单独测量刀杆和滑动套筒相对转动时的跳动达0.012mm,处于超差状态。

改进措施:在最后精磨外圆时,我们把中间装刀头的刀杆固定在床面上静止不动的,只有滑动套筒一个组件绕着轴承转动磨削滑动套筒外圆。

如图3所示,在加工中,我们把中间刀杆与砂轮修整器支架一起固结在床面上来防止中间刀杆转动,磨床头架拨杆带动滑动套筒转动磨削外圆,这样就减少了工件两顶孔及装配误差的影响,滑动套筒直接在轴承上滚动磨削外圆。

磨削后的滑动套筒外圆跳动经过实测小于0.002mm,接近轴承的回转精度,满足设计要求。如果滑动套筒需要高硬度渗氮处理,工艺与此渗碳工艺类似,粗磨外圆后留0.15mm余量,两端内孔涂防渗氮涂料,渗氮结束后再镗削两端孔,装配刀杆其他零件,最后精磨外圆,保证精度要求。

5.结语

经过装配后磨削的镗刀杆,最后实测时,满足各项技术要求。由此可见,在高精度工装生产中,把零件组装以后,再进行精加工重要部分,最后保证主要精度的方法,能够直接消除装配时各个零件的累积误差,保证工装高精度的要求,并且可以稍微放宽组件中高精度零件的制造公差要求,使零件加工简单、经济。这种装配各组件后再加工主要精度部位的方法在高精度工装生产中具有重要意义,有一定的实用借鉴价值。

参考文献

[1] 赵志修.机械制造工艺学.北京:机械工业出版社,1985.

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