小轿车等速万向节保持架窗口磨削工艺

王晨洋 柴光荣

陕西省机械研究院 陕西省咸阳市 712000

球笼保持架是小轿车等速万向节关键零件之一，其保持架的窗口磨削技术长期以来被德国、美国、英国等少数发达国家所垄断，国内加工设备大部分依赖进口，为填补国内空白，我们在工具磨床的基础上，开发了磨削保持架窗口的数控球笼窗口磨床，并对磨削工艺进行研究，经过反复工艺试验，总结出磨削的有效方法，磨削精度达到了球笼保持架零件图纸技术要求，现将磨削工艺介绍如下：

图1为等速万向节球笼保持架零件图，六个窗口宽度尺寸15±0.01mm， 磨削有效弦长6mm，粗糙度Ra0.8μm。每个窗口到基面A的尺寸为8±0.01mm。该零件材料为45号钢，磨削前经过淬火处理，硬度为HRC55。

图1 后视镜内部结构

1 机床工作原理

图2为数控球笼保持架窗口磨床机床坐标示意图，机床采用FANUC 数控系统控制，有三个数控轴。

X轴：工作台纵向进给轴，控制窗口宽度尺寸，脉冲当量0.001mm；

Y轴：砂轮轴横向进给轴，控制砂轮轴进刀、退刀，脉冲当量0.01 mm；

A轴：工件回转轴，控制零件窗口分度及圆周进给，脉冲当量0.01°。

图2 机床坐标示意图

2 磨削工艺参数

（1）选择直径 12的CBN砂轮，采用60000r/min 的高频电主轴，其磨削线速度达到38m/s。

（2）窗口单边磨量0.2mm。

（3）采用高压冷却砂轮，以便及时冲洗砂轮上磨屑，压力为1.2Mpa。

3 磨削工艺

3.1 工件定位

以φ48±0.05内孔及端面A定位，圆周以工件大方孔定位，限制工件六个自由度。

3.2 磨削方法

为保证磨削精度，降低表面粗糙度，提高砂轮寿命，采用A轴与Y轴插补磨削，即A轴摆动的同时Y轴沿轴向进给。

3.3 工作过程

（1）X轴定位，保证磨削窗口到基面A的尺寸为8±0.01mm；

（2）Y轴快速接近工件；

（3）A轴与Y轴插补磨削一个窗口的左侧面；

（4）Y轴快速退出；

（5）A轴分度，磨削第二窗口左侧面，依次磨削六个窗口的同一侧面；

（6）X轴定位（移动窗口宽度减砂轮直径），重复以上过程，依次磨削六个窗口的右侧面，以保证窗口宽度15±0.01mm。

磨削加工程序如下：（程序格式按FANUC数控系统操作说明书编制）

O1234； (主程序名)

N10 M03 S60000；（主轴正转，转速60000r/min）

N20 G90 G54 G00 X0 Y0 A-6.63 M08；（开冷却，X轴定位保证磨削窗口到

基面A的尺寸为8±0.01mm；Y轴定位到砂轮端面与工件最大外

径1mm处；A轴定位到磨削面上侧位置，保证磨削有效弦长6mm）

N30 M98 P0151235；（调用1235子程序，重复15次，磨削第1个窗口左侧）

N40 G00 Y9； （Y轴快速回退）

N50 A60； （A轴分度）

N60 M98 P0151235；（调用1235子程序，重复15次，磨削第2个窗口左侧）

N70 G00 Y9；

N80 A60；

N90 M98 P0151235；（调用1235子程序，重复15次，磨削第3个窗口左侧）

N100 G00 Y9；

N110 A60；

N120 M98 P0151235；（调用1235子程序，重复15次，磨削第4个窗口左侧）

N130 G00 Y9；

N140 A60；

N150 M98 P0151235；（调用1235子程序，重复15次，磨削第5个窗口左侧）

N160 G00 Y9；

N170 A60；

N180 M98 P0151235；（调用1235子程序，重复15次，磨削第6个窗口左侧）

N190 G00 Y9；

N200 G01 X3 F500； （X轴移动，保证窗口宽度15±0.01mm）

N210 M98 P0151235；（调用1235子程序，重复15次，磨削第1个窗口右侧）

N220 G00 Y9；

N230 A60；

N240 M98 P0151235；（调用1235子程序，重复15次，磨削第2个窗口右侧）

N250 G00 Y9；

N260 A60；

N270 M98 P0151235；（调用1235子程序，重复15次，磨削第3个窗口右侧）

N280 G00 Y9；

N290 A60；

N300 M98 P0151235；（调用1235子程序，重复15次，磨削第4个窗口右侧）

图3 对刀图

N310 G00 Y9；

N320 A60；

N330 M98 P0151235；（调用1235子程序，重复15次，磨削第5个窗口右侧）

N340 G00 Y9；

N350 A60；

N360 M98 P0151235；（调用1235子程序，重复15次，磨削第6个窗口右侧）

N370 G90 G00 Y10； （Y轴快速退刀至装卸工件的安全位置）

N380 A0 M09； （A轴回到工件坐标系原点，关冷却）

N390 X0； （X轴回到工件坐标系原点）

N400 M30； （程序结束）

O1235； （子程序名）

N10 G91 G01 Y-0.3 A13.26 F500；（Y轴与A轴插补磨削）

N20 Y-0.3 A-13.26； （Y轴与A轴插补磨削）

N30 M99； （子程序结束）

4 磨削加工

（1）对刀建立工件坐标系。

如图3所示，X轴G54工件坐标系原点建立在砂轮磨削时，磨削的侧面与A端面8±0.01的位置处；Y轴原点建立在砂轮端面与工件最大外径1mm处；A轴原点建立在大方孔中心处。

（2）输入程序并检查程序的正确性；

（3）自动加工。

5 结语

由以上实例分析，采用A轴与Y轴插补磨削，即A轴摆动的同时Y轴沿轴向进给，稳定的达到了尺寸精度及表面粗糙度要求。该方法适应范围广，对于不同规格的球笼保持架窗口，只是修改少部分加工程序，即可进行磨削。目前国内小轿车球笼保持架窗口大部分采用此工艺方法进行磨削，该方法解决了国产设备加工小轿车球笼保持架窗口的技术难题，取得了较好的经济效益。