转塔空心轴的工装设计及配磨加工方案

2022-04-20刘红德梁兵王三民刘聪俐廉继西

工具技术 2022年3期

刘红德，梁兵，王三民，刘聪俐，廉继西

1河南平原光电有限公司；2河南森源鸿马电动汽车有限公司

1 引言

空心轴组件是转塔机构的重要部件，安装了两套精密轴承用于径向定心和轴向定位。环形电机提供旋转动力，带动仪器旋转，实现影像探测、信号接收等功能。精确加工空心轴组件、保证与精密轴承孔壁接触且受力均匀是提高仪器探测精度的重要环节。如果被加工外圆的圆柱度差或与轴承配合过紧会造成轴承内圈变形，旋转时容易出现卡顿、振动或响应迟钝，影响探测精度；如果外圆与轴承孔配合间隙较大，旋转时转塔轴线延长线会发生离心偏摆，也会降低探测精度。

本文采用外圆磨削工艺，通过创新设计数磨工装和制定配磨组合加工方案，可以实现较高的加工精度和配合精度。

2 工装结构及使用方法

工装制作和零件加工的精密配合外圆均采用配磨工艺，以提高定位精度和配合精度。由图1可知：①焊接心轴杆与心轴盘(见图6)；②用硬质合金双顶尖研磨两端中心孔(见图7)，使A5锥面光滑、同轴；在数控外圆磨床上，用双顶尖定位，根据图7配磨心轴盘，外圆(φ204mm)与空心轴孔(φ204H6)的间隙≤0.01mm；心轴盘右端面磨去0.05mm，保证符合精度要求；③用8件M4×20内六角螺钉穿过心轴盘的螺钉过孔与空心轴一端的内螺纹连接，适度紧固(螺旋扭矩1N·m)；圆压板穿入心轴杆，与空心轴右端面接触，适度旋紧圆螺母(螺旋扭矩2N·m，避免施力变形和防止加工震颤)；④磨制外圆(φ200h6)，配磨空心轴1外圆(φ197mm)，与轴承环孔(φ197H6)的间隙≤0.01mm；配磨空心轴外圆(φ210mm)，与轴承孔间隙≤0.01mm(手推施力约10N压入、取出)，磨端面保证垂直度；⑤涂7#润滑油，令轴承环装配到位(尺寸107mm取106.7mm)，用6件M3×8紧定螺钉适度紧固(螺旋扭矩0.2N·m)；⑥在轴承环外圆(φ208h10)上，以两处φ2.8mm预制孔引导，配钻、铰制1:50锥度通孔φ3mm，压入两件A3×16圆锥销定位(手推施力约5N压紧)；⑦配磨轴承环外圆(φ210mm)，保证与轴承孔间隙≤0.01mm，磨端面保证垂直度；⑧在空心轴与轴承环的两套轴承非配合端面刻上配对编号。

3 工装设计及相互关系

根据图2制作心轴杆，材料40Cr，调质32～36HRC(提高强度和硬度)，两处φ42mm外圆分别与心轴盘和圆压板间隙配合，外螺纹M40×2-7h与圆螺母配合，两端钻中心孔A5用于磨床双顶尖定位，两处φ35mm外圆用于鸡心夹夹持。

图2 心轴杆

根据图3制作心轴盘，材料40Cr，调质32～36HRC(提高强度和硬度)，外圆(φ205mm)留有磨量，用于焊接后与空心轴孔(φ204H6)配磨；厚度14.5mm的上端面留有磨量，用于磨削端面，保证平面度和垂直度；端面均布钻孔8×φ5mm，用于通过螺钉M4×20连接和紧固空心轴。

图3 心轴盘

根据图4制作圆压板，材料45钢，圆压板中心孔(φ42.5mm)与心轴杆为间隙配合，平面度0.05mm，保证与空心轴端面接触均匀，防止加工震颤。

根据图5制作圆螺母，材料40Cr，调质32～36HRC(提高强度和硬度)，内螺纹M40×2-7H与心轴杆配合，截面A-A的右端面用于旋压圆压板，与零件保持接触稳定。

图4 圆压板

图5 圆螺母

将心轴盘与心轴杆组装到位(见图6)，两端接触部位均匀点焊接牢固(两端各六处)，既保证连接牢固，又可避免整体焊接变形过大。采用两体焊接结构可降低成本，方便加工，主要目的是为了减轻心轴重量。

图6 焊接心轴

在车床上采用硬质合金60°双顶尖(见图7)，用研磨膏研磨两端中心孔A5，保证锥面光滑且公共轴线同轴度为0.004mm，用汽油清洗干净中心孔；在外圆磨床上，双顶尖涂润滑脂定位，用鸡心夹夹持左端φ35mm外圆，以限制转动自由度；配磨心轴盘外圆与空心轴孔(φ204H6)，令其间隙≤0.01mm，磨心轴盘右端面磨去0.05mm，保证端面平面度和垂直度，与图1配合定位使用。

图7 配磨心轴

4 工装应用及结构

该工装可以实现心轴与零件定位组装后一次性完成配磨组装轴承环和配磨试装轴承，保证配合间隙最小化、定位基准一致化、关联精度稳定化及加工尺寸精密化。与数控车削精度相比，数控磨削精度一般要高1～2个精度等级，数磨加工的零件圆柱度较好(0.002mm)、粗糙度较小(Ra0.2μm)及重复磨削外圆尺寸可以控制到0.002mm，从而实现精密级零件加工和精密配合。