精密軸小平面批量磨削的加工方法

郭陽春

(福州三和精密軸有限公司，福建福州 350015)

某零件如圖1所示，要求在直徑為φ2.0 mm、長為42.0 mm的細(xì)長軸上加工一個(gè)小平面，小平面要求厚度為1.6±0.015 mm、長度為8.5±0.05 mm、表面粗糙度為Ra0.4 μm；并且，該零件月需求量達(dá)100萬根?？紤]該零件加工精度和表面粗糙度要求，通常采用平面磨削方法進(jìn)行加工；但是，平面磨削方法無法滿足其生產(chǎn)批量要求。因此，根據(jù)零件加工特點(diǎn)，利用圓弧段替代直線段方法，實(shí)現(xiàn)大圓弧面逼近小平面；并采用幾何學(xué)兩個(gè)圓弧相切條件，實(shí)現(xiàn)小平面批量加工機(jī)構(gòu)，成功解決了該零件的大批量生產(chǎn)問題?，F(xiàn)介紹如下。

1 大圓弧面逼近小平面原理

如圖2所示，取零件加工部位剖面，可以知道，加工軸的小平面，就是去除圓的弦長和弧長AB所封閉的扇形部位?？紤]到軸類零件的外圓面批量磨削加工在工藝上比較容易實(shí)現(xiàn)，因此，方案上首先選用大圓弧面逼近小平面的方法實(shí)現(xiàn)批量磨削。由于圓弧面和小平面分別由圓弧段和直線段組成，所以，針對加工零件剖面特點(diǎn)，如果使用圓弧段可以替代直線段，那么，采用大圓弧面逼近小平面的方案原理上也可以實(shí)現(xiàn)。

1.1 圓弧段替代直線段原理推導(dǎo)

對于零件剖面簡化模型，取AB的圓弧長進(jìn)行分析。已知a為AB的弦長。Q為弦長的半角，顯然，其取值范圍為區(qū)間(0，π/2)。R為軸的半徑，e為偏差。R1為用于逼近小平面的大圓弧半徑，其取值范圍為區(qū)間［R，+∞)。

設(shè)AB的圓弧長為 W1，則W1=2QR1；已知，AB的弦長為a；得：R1=；所以，W1=；又因?yàn)?，Q=；可以知道，如果 a為固定值，當(dāng)R1值增大時(shí)，Q將變小。當(dāng)Q趨于0時(shí)，存在極限(Q/sinQ)=1，即W1=a。這就是說，只要R1的取值足夠大，就可以用圓圈弧段代替直線段，即使用大圓弧面逼近小平面的方法，理論上可以實(shí)現(xiàn)?？紤]零件加工尺寸和加工機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)等因素，R1選用100 mm。

1.2 替代精度分析

顯然，R1取值必須滿足條件偏差e小于零件的制造公差的1/3～1/5。已知R1取100 mm，弦長a可以根據(jù)已知加工尺寸和勾股定理計(jì)算，a=2×=1.6，即 a為 1.6 mm。所以，e=R1-=100-99.997=0.003，即 e為 0.003 mm。因?yàn)?，零件厚度制造要求?.6±0.015 mm，偏差e為制造公差的1/10，滿足制造要求。所以，可以采用加工半徑為100 mm的大圓弧面去逼近該零件要求的小平面。

2 批量磨削加工方法實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)原理

2.1 幾何學(xué)兩個(gè)圓弧相切條件。

為了實(shí)現(xiàn)大圓弧面的批量加工，采用了兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的相切圓原理(圖3)，W3=R3+R2。如果將圓A作為砂輪，那么，圓B就是產(chǎn)生工件大圓弧的軌跡，此時(shí)R3=100 mm。

所以，只要設(shè)計(jì)一種不斷轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)工件自動(dòng)裝夾、相切磨削加工和下料一系列動(dòng)作，就可以實(shí)現(xiàn)小平面批量磨削。其中，工件的裝夾必須保證，工件隨機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，工件與砂輪相切點(diǎn)在圓B軌跡上。

2.2 批量加工方法實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)原理

機(jī)械原理如圖4所示，件2為工件的料倉，工作時(shí)，件3送料盤與件7砂輪相向不停轉(zhuǎn)動(dòng)。首先，送料盤轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，工件1不斷從料倉中被送料盤3帶走，并在送料盤的槽里徑向定位；接著，隨著送料盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，工件與夾緊裝置5和軸向壓緊板接觸，完成工件裝夾；對工件進(jìn)行夾緊時(shí)，夾緊裝置使用減速器帶動(dòng)可以配合送料盤壓緊并轉(zhuǎn)動(dòng)。然后，工件在送料盤帶動(dòng)下與砂輪7作相切磨削，加工出工件的大圓弧面；最后，工件磨削完，工件與夾緊裝置的壓緊的輸送帶，可以將脫落的工件及時(shí)運(yùn)出。圖4中7為磨削砂輪，考慮大批量生產(chǎn)中砂輪過快磨損會(huì)嚴(yán)重影響零件加工精度和生產(chǎn)效率，故選用CBN砂輪。

2.3 工件裝夾方法

工件在送料盤上的裝夾方法是機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)。如圖5所示，工件徑向定位時(shí)，工件3進(jìn)入件2送料盤的槽里，實(shí)現(xiàn)軸的徑向定位。送料盤的槽深影響工件小平面厚度的加工精度，在設(shè)計(jì)送料盤時(shí)，要求槽底部表面粗糙度為Ra0.8 μm，槽深制造公差0.005 μm以內(nèi)。夾緊時(shí)采用件1夾緊裝置，夾緊裝置為可以轉(zhuǎn)動(dòng)的夾緊圓盤，工作時(shí)在摩擦力作用下，夾緊圓盤可以與送料盤同步轉(zhuǎn)動(dòng)，完成工件夾緊和松開動(dòng)作。由于加工過程中，許多工件同時(shí)磨削，工件夾緊面與夾緊裝置壓緊面的距離有一定差別，因此，設(shè)計(jì)時(shí)夾緊裝置與工件接觸部分的壓緊面使用硅膠，使壓緊面可以同時(shí)夾緊所有參與磨削的工件。

工件軸向定位時(shí)，軸向壓緊片6自動(dòng)推動(dòng)工件，將工件的一個(gè)端面貼住軸向定位塊5，完成軸向定位。軸向定位塊與送料盤設(shè)計(jì)為可以拆裝的部件，工作時(shí)可以一起轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證工件軸向定位準(zhǔn)確。

工件的徑向定位和軸向定位，及工件的夾緊和松開，隨送料盤的轉(zhuǎn)動(dòng)自動(dòng)進(jìn)行，并配合工件的磨削動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)工件裝夾、加工和下料整個(gè)自動(dòng)加工循環(huán)。

3 結(jié)語

經(jīng)企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐證明，采用大圓弧面逼近小平面的精密軸批量磨削方法加工，其產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率完全滿足高精度、大批量的精密軸小平面生產(chǎn)要求。目前，該加工方法成為精密軸生產(chǎn)企業(yè)一種先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)的加工技術(shù)。