[轴承加工技术] -轴承座的超精密平行度磨削加工

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这里介绍的轴承座是某产品天线座中的关键零件，该轴承座是一精密薄环形零件，其精度要求非常高，加工难度大，很容易出废品，生产周期也长。该关键零件轴承座就成了精密生产加工的瓶颈。 摘 要：对某产品天线座中的关键零件——轴承座的平面精密磨削加工作一介绍。
关键词：平行度；微磁吸夹具；高精度平面磨削
1前言

　
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2轴承座的加工难点
该轴承座的零件图见图1。该零件材料为GCr15轴承钢，淬硬HRC≮61。另从图中可以看出，形位公差要求很高，同轴度及全跳动均为0.015，圆柱度为0.002。精磨后零件要保证以上的形位公差，则对精磨定位装夹用的两端面平行度有很高的要求。所以在加工工艺设计中，工艺要求将A、B两端面的平行度提高到0.001。在以往加工中，该零件采用高精度平面磨削，加工后的平行度只能达到0.005～0.008。后面工序必须再经过大量的平面研磨工作，才能将零件的平行度提高到0.001，通过很长的生产周期才能满足工艺要求。
为了解决该生产瓶颈问题，需寻找一种高效高精度的加工方法。为此考虑直接用磨削加工方法来保证平行度0.001。
针对这一难题，我们对该零件的磨削加工进行了认真的分析研究。该零件为薄板形零件，在机械加工中会产生切削应力，随着时间的变化零件形状也在逐渐变化，如果热处理不好（即切削应力消除不尽），磨削加工中不注意散热条件，这种微量变化会变得很明显。
3需要解决的问题
在平面磨削加工中，需要解决的问题是：磁场引力所产生的零件变形及磨削热引起的零件受热膨胀变形。平面磨床的工作台是一个强力的电磁吸盘，通电工作时，钢铁零件在电磁力的作用下，会被牢牢地吸附于工作台面上。对于经过粗磨加工并时效处理后的轴承座，其端面的平面度不可能很平。当薄环形零件轴承座的端面被吸附于电磁工作台上时，必然产生弹性变形。当电磁力消失后，零件回复，变形也就消失。另外，在磨削时，由于砂轮高速旋转（线速度35m/s～50m/s），砂轮与零件在接触的瞬间所产生的热量可达1000℃以上。所以，在零件本体上，热量也在不均匀地变化，膨胀变形也随之产生。


4解决方法
为了解决上述问题，工艺设计时着重考虑解决以下几方面的问题。
1）根据材料及零件形状的特点，粗磨工序为精磨留磨削量0.05～0.06，平行度要求达到0.01～0.02 左右。
2）选用硬度较软、粒度中等的白刚玉砂轮GB60#ZR 1AP，进行多次平衡修正。
3）对砂轮磨削热的处理：因为在磨削过程中，磨削所产生的热量瞬时可达1000C以上。为了减少磨削热的影响，把砂轮修整成台阶式，即留下砂轮的半宽或更少以减少磨削面积，从而减少磨削所产生的热量。同时也减小由于砂轮磨削压力所造成的加工误差。
4）对砂轮进行微钝化处理：砂轮刚修整后得到的微刃比较锋利，切削性能好。随着磨削时间的增加，微刃逐渐被磨钝，这时微刃的等高性就进一步得到了改善，而切削性能则降低，摩擦抛光的作用也得到增强。磨削区的高温使金属软化，钝化的微刃在工件表面滑擦和挤压，表面凸峰被挤平，从而使工件表面格外光洁。
5）冷却液要充足干净，无夹砂等现象。
以上方法是磨削加工该轴承座的必要条件。
5微磁吸夹具
加工该轴承座最关键的问题是采用恰当的装夹方式克服零件弹性变形，从而使磨削加工达到工艺要求。
通常磨削薄环形零件时，由于零件不平，常采用垫弹性垫圈、涂白蜡、垫纸等方法来解决平面的磨平问题，而且要经过多次的翻身磨削，才能达到平行度[CM（22]0.01～0.02。但这些装夹方法对于平行度要求0.005以内的薄形零件显然无法达到。
针对图1轴承座的加工难点，考虑设计了一付微磁吸夹具（见图2）。采用上下各一块钢板，中间隔一层铜板， 选用铜焊连接。微磁吸夹具的原理为：铜材料不导磁。所以将夹具置于工作台上并吸牢时，零件基本不受磁吸引力影响，或只有微磁力吸引。此微磁力在平面状态下只有几克至十几克，不足以使零件产生弹性变形。夹具经过退火处理后并铣加工成形。然后将夹具吸牢于磨床工作台面配磨，作为零件的加工基准。将零件平放置于微磁吸夹具上。采用侧向压板将零件靠牢定位，使零件不受压力、磁吸引力，亦无侧向位移，即无弹性变形，零件基本处于自由状态。另外，在微磁吸夹具中间镗了一个50的通孔，其作用是：（1）将两块钢板与铜板中间部位焊牢，防止夹具振动。（2）冷却液冲入孔中不流走，对零件及夹具有很好的冷却作用。（3）磨削时，磨下的切屑及磨粒冲入孔中，沉入孔底，不会堆积在零件内圈而影响磨削表面精度。

6结束语
在上述条件下，将粗磨并热处理时效后的零件进行认真地几次翻身磨削加工，加工时充分冷却。经过严格地检验，测量，磨削加工出的轴承座，零件A、B两端面的平行度达0.0003～0.0005。用超精密平面磨削方法直接满足了平行度0.001的工艺要求，提高工效五倍，并省去了费工费力的研磨工作量。

三爪联轴器，水泵联轴器膜片联轴器结构
　　 膜片联轴器至少由一个膜片和两个轴套组成。膜片被用销钉紧固在轴套上一般不会松动或引起膜片和轴套之间的反冲。有一些生产商提供两个膜片的，也有提供三个膜片的，中间有一个或两个刚性元件，两边再连在轴套上。单膜片联轴器和双膜片联轴器的不同之处是处理各种偏差能力的不同，鉴于其需要膜片能复杂的弯曲，所以单膜片联轴器不太适应偏心。而双膜片联轴器可以同时曲向不同的方向，以此来补偿偏心。
膜片联轴器的特点
　　 膜片联轴器这种特性有点像波纹管联轴器，实际上联轴器传递扭矩的方式都差不多。膜片本身很薄，所以当相对位移荷载产生时它很容易弯曲，因此可以承受高达1.5度的偏差，同时在伺服系统中产生较低的轴承负荷。膜片联轴器常用于伺服系统中，膜片具有很好的扭矩刚性，但稍逊于波纹管联轴器。另一方面，膜片联轴器非常精巧，如果在使用中误用或没有正确安装则很容易损坏。所以保证偏差在联轴器的正常运转的承受范围之内是非常必要的。选择适合的联轴器是用好联轴器的关键一步，在设计阶段就得考虑选用什么类型的联轴器了。 　　联轴器与齿式联轴器相比，没有相对滑动，不需要润滑、密封，无噪声，基本不用维修，制造方便，可部分代替齿式联轴器。膜片联轴器在国际上工业发达国家应用已很普通，在我国已制订机械行业标准，最近已修订为新的行业标准：JB/T 9147-1999（代替ZB/T J19022-90） 联轴器各转矩间的关系。
膜片联轴器的正确选择
　　 膜片联轴器的正确选择： 　　1、 膜片联轴器至少由一个膜片和两个轴套组成。膜片被用销钉紧固在轴套上一般不会松动或引起膜片和轴套之间的反冲。有一些生产 商提供两个膜片的，也有提供三个膜片的，中间有一个或两个刚性元件，两边再连在轴套上。 　　2、 膜片联轴器这种特性有点像波纹管联轴器，实际上联轴器传递扭矩的方式都差不多。膜片本身很薄，所以当相对位移荷载产生时它 很容易弯曲，因此可以承受高达1.5度的偏差，同时在伺服系统中产生较低的轴承负荷。 　　3、 膜片联轴器常用于伺服系统中，膜片具有很好的扭矩刚性，但稍逊于波纹管联轴器。 　　4、 另一方面，膜片联轴器非常精巧，如果在使用中误用或没有正确安装则很容易损坏。所以保证偏差在联轴器的正常运转的承受范围之 内是非常必要的。 　　5、根据轴径调整型号： 　　初步选定的轴承联轴器联接尺寸，即轴孔直径d和轴孔长度L，应符合主、从动端轴径的要求，否则还要根据轴径d调整联轴器的规格。 　　主、从动端轴径不相同是普通现象，当转矩、转速相同，主、从动端轴径不相同时，应按大轴径选择联轴器型号。新设计的传动系统中， 应选择符合GBT3852中规定的七种轴孔型式，推荐采用J1型轴孔型式，以提高通用性和互换性，轴孔长度按i轴承联轴器产品标准的规定。
膜片联轴器的应用
　　 广泛用于各种机械装置的轴系传动，如水泵（尤其是大功率、化工泵）、风机、压缩机、液压机械、石油机械、印刷机械、纺织机械、化工机械、矿山机械、冶金机械、航空（直升飞机）、舰艇高速动力传动系统、汽轮机、活塞式动力机械传动系统、履带式车辆，以及发电机组高速、大功率机械传动系统，经动平衡后应用于高速传动轴系已比较普遍。