高精度臥軸矩臺平面磨床主軸系統(tǒng)的溫度場分析

胡剛

摘? 要：高精度臥軸矩臺平面磨床是國家標為M71系列平面磨床，即帶有臥式磨頭主軸，矩形工作臺的平面磨床。該磨床的主要功能是用砂輪的周邊磨削工件的平面，也可以用砂輪的端面磨削工件的槽和凸緣的側(cè)面，磨削精度和光潔度都較高;適宜于磨削各種精密零件和工模具，可供機械加工車間、機修車間和工具車間作精密加工使用。高精度臥軸矩臺平面磨床主軸系統(tǒng)的熱變形是影響磨前加工精度的主要因素之一，為研究主軸系統(tǒng)溫度分布隨時間的變化規(guī)律，我們對高精度臥軸矩臺平面磨床主軸系統(tǒng)的溫度場進行了驗證性分析并得到了臥軸部件加工質(zhì)量對主軸系統(tǒng)達到熱平衡時間以及對主軸系統(tǒng)的溫度場的影響。優(yōu)化臥軸矩臺平面磨床的基礎部件能夠縮減主軸系統(tǒng)達到熱平衡的時間并提高臥軸矩臺平面磨床主軸系統(tǒng)的精度，基于此提出了改善主軸系統(tǒng)加工工藝的措施。

關鍵詞：平面磨床;主軸;溫度場;分析

中圖分類號：TG580.2? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）14-0095-03

Abstract： The high precision horizontal axis moment table plane grinder is a national standard M71 series plane grinder， that is， it is a plane grinder with horizontal grinding head spindle and rectangular worktable. The main function of the grinder is to grind the plane of the workpiece with the periphery of the grinding wheel， or to grind the groove and flange side of the workpiece with the end face of the grinding wheel， which has high grinding accuracy and smoothness and is suitable for grinding all kinds of precision parts and dies. It can be used for precision machining in machining workshop， machine repair workshop and tool workshop. The thermal deformation of the spindle system of the high precision horizontal axis moment table plane grinder is one of the main factors affecting the machining accuracy before grinding， in order to study the variation of the temperature distribution of the spindle system with time. The temperature field of the spindle system of the high precision horizontal axis moment table plane grinder is verified and the influence of the machining quality of the horizontal shaft components on the thermal balance time of the spindle system and the temperature field of the spindle system is obtained. Optimizing the basic components of the horizontal shaft moment table plane grinder can reduce the time for the spindle system to reach the thermal balance and improve the accuracy of the spindle system of the horizontal shaft moment table plane grinder. Based on this， the measures to improve the machining technology of the spindle system are put forward.

Keywords： plane grinder; spindle; temperature field; analysis

1 概述

機器制造工業(yè)的發(fā)達與否及機器裝備的自給水平是衡量一國經(jīng)濟發(fā)展水平與科學技術(shù)水平的真正標志。由于機器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復雜，零部件多，技術(shù)性強，所以實行生產(chǎn)專門化、標準化、自動化對于機器制造業(yè)的發(fā)展具有重大意義[1]。機械工業(yè)素有“工業(yè)的心臟”之稱，它是其他經(jīng)濟部門的生產(chǎn)手段，也可以說是一切經(jīng)濟部門發(fā)展的基礎;它的發(fā)展水平是衡量一個國家工業(yè)化程度的重要標志，為促進民族地區(qū)的現(xiàn)代化，必須加速發(fā)展機械工業(yè)。隨著機械工業(yè)的飛速發(fā)展，各行業(yè)對機床的加工精度提出了越來越高的要求，對于臥軸矩臺平面磨床主軸系統(tǒng)來說，精度要求就更加的高。從目前所有的文獻分析可以了解到，國內(nèi)外都很少有文獻涉及高精度臥軸矩臺平面磨床主軸系統(tǒng)的溫度場分析，因此對于這一方面的研究有很廣大的發(fā)展前景，本文主要研究臥軸部件的規(guī)格以及加工工藝對高精度臥軸矩臺平面磨床主軸系統(tǒng)的溫度場的影響分析。

2 立項原因

2.1 存在問題

臥軸部件在裝配過程中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動不靈活，經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)臥軸有彎曲現(xiàn)象（抽查數(shù)據(jù)為0.1mm～1.5mm），且臥軸箱體銅套與箱體安裝基面平行度較差（抽查數(shù)據(jù)為0.088mm）。

2.2 預期效果

針對以上兩個方面問題，進行工藝試驗攻關，臥軸部件質(zhì)量大幅度提高，臥軸的直線度大幅度提高，臥軸箱體平行度大幅度提高，使得臥軸矩臺平面磨床主軸系統(tǒng)的加工工藝大幅度提高，節(jié)約企業(yè)生產(chǎn)運營成本[2]。

3 項目開展情況

3.1 目標完成情況

截止到2010年12月，已經(jīng)完成全部階段的目標。

第一階段目標，完成試制工藝。

第二階段目標，完成工件準備，完成工裝準備。

第三階段目標，形成一套加工工藝，按照工藝實施各5件以上，達到的技術(shù)指標為：找正兩頭，中間跳動量不能超過0.2mm。臥軸箱體的形位公差達到圖紙要求。

3.2 項目實施過程存在問題

（1）臥軸彎曲。

（2）臥軸箱體蓋板與臥軸不同軸，表現(xiàn)為螺栓孔不正。

（3）臥軸銅套內(nèi)孔與安裝基面不平行。

（4）臥軸為細長軸，磨削很困難，有時出現(xiàn)圓度超差。

2010年4月-2010年6月，項目組經(jīng)過對臥軸部件工藝進行了深入細致的調(diào)研。經(jīng)過充分的研究對比，形成修改工藝的六個共識。即工序要做較大調(diào)整、磨床工具夾具要休整、增加放置工裝、增加磨削質(zhì)量的檢測環(huán)節(jié)、修改裝銅套方法、增加臥軸箱體的檢測環(huán)節(jié)。

2010年6月28日，項目組確定了試制的臥軸部件加工工藝和部裝方法。

2010年7月-2010年9月。根據(jù)試制工藝要求，在鑄造分廠、總裝分廠、檢驗科等單位配合下，完成了如下五個方面工作。

澆鑄了Z630臥軸箱體五件，并完成了劃線、銑面、鏜孔等加工內(nèi)容，完成了五件臥軸銅套的加工，設計并組焊了臥軸懸吊放置工裝，完成了十根臥軸的粗加工工序，含粗、精車、熱處理等，加工修整了磨床工裝工具，含中心支架、頂尖等。

2010年11月-2010年12月，加工了一批臥軸及臥軸箱體。經(jīng)過檢驗，全部交檢合格。本項目已全部實施完畢。通過臥軸箱體銅套冷裝工藝，成功地解決了鉸孔偏心帶來的形位精度超差的問題[4]。通過改進臥軸加工工藝，特別是磨削工藝，成功將臥軸的直線度大幅度提高，從跳動1.5mm降低到0.2mm以內(nèi)。

4 工藝優(yōu)化改進對比

4.1 臥軸箱體原加工工藝方案

鑄造毛坯——時效處理——劃線——粗銑外形——時效處理——粗精鏜孔，精銑面——三坐標檢測——精銑面——劃線、鉆孔、攻絲——壓裝銅套——鉸內(nèi)孔

注：我廠各種臥軸箱體加工工藝方案基本一致。

原加工工藝的不足：

常溫壓裝銅套時，經(jīng)常導致銅套偏心;銅套內(nèi)孔留有余量，在手動鉸孔時，由于力量和技術(shù)因素，精度無法穩(wěn)定控制。

4.2 臥軸箱體新加工工藝方案

鑄造毛坯——時效處理——劃線——粗銑外形——時效處理——粗精鏜孔，精銑面——三坐標檢測——精銑面——劃線、鉆孔、攻絲——冷裝銅套

注：我廠各種臥軸箱體加工工藝方案基本一致

新工藝加工工藝特點：

銅套由原來的壓裝改為冷裝，徹底解決了受力不均導致銅套偏心問題;新工藝在冷裝前已經(jīng)將銅套精車到預計尺寸，冷裝后內(nèi)孔會達到圖紙尺寸，不再鉸孔。

4.3 臥軸原加工工藝方案

下料——調(diào)質(zhì)——粗車——精車——精磨——劃線、鉆孔——銑鍵槽

注：我廠各種臥軸加工工藝方案基本一致。

原加工工藝的不足：

粗加工、半精加工后產(chǎn)生應力較大，工件容易變形;中間沒有檢測環(huán)節(jié)，完工后沒有檢測直線度。

4.4 臥軸新加工工藝方案

下料——調(diào)質(zhì)——粗車——精車——半精磨——熱時效——精磨——檢測直線度——劃線、鉆孔——銑鍵槽

新工藝加工工藝特點：

（1）采取了兩次磨削工藝，有利于提高曲軸精度。

（2）精磨之前，增加熱時效工序，降低了加工應力變形。

（3）增加了直線度檢測環(huán)節(jié)，有利于質(zhì)量控制，如果遇到超差的，可以另行處理。

（4）在精磨過程中，改進了原磨削工藝，提高了質(zhì)量。

（5）使用新工藝的臥軸經(jīng)試用后，轉(zhuǎn)動靈活，效果很好。

5 試驗成果分析

根據(jù)相關數(shù)據(jù)可知，我們廠精車后曲軸的直線度情況不太理想，最大1.4mm，最小0.11mm，加工穩(wěn)定性較差。從粗磨的情況看，臥軸的直線度數(shù)據(jù)與精車后趨向一致，磨削方法有待提高，且精車質(zhì)量會影響磨削。因此我們主要在這些方面進行了相關改進。

試制產(chǎn)品粗磨后，安排了熱時效，然后進行第二次磨削（精磨），操作者田曉東，采取了修整支撐、增加測量、調(diào)整頂緊力等手段，精磨的直線度情況見表1。

從精磨情況看，臥軸直線度基本上在0.1-0.2mm（跳動量）之間，證明增加時效環(huán)節(jié)，調(diào)整磨削方法，對直線度的提高起到了關鍵作用[5]。據(jù)相關數(shù)據(jù)可知，0.2mm內(nèi)的直線度基本上達到了預期目的，因此，我們本次的加工工藝優(yōu)化改革取得了良好的效果。

6 結(jié)束語

高精度臥軸矩臺平面磨床主軸系統(tǒng)的溫度場分析對于我國的機械工業(yè)的發(fā)展具有不可估量的影響，本文首先簡要介紹了對高精度臥軸矩臺平面磨床進行分析改進的重要意義，其次，對高精度臥軸矩臺平面磨床的相關部件進行了對比試驗改進，得出了最優(yōu)的配件規(guī)格;最后對機床的薄弱環(huán)節(jié)進行了詳細分析，并提出改進建議，為高精度臥軸矩臺平面磨床結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改進提供了參考依據(jù)。在機床、工藝、程序等多方面，為企業(yè)的安全生產(chǎn)提供了有力的保障，同時為改進臥軸矩臺平面磨床的加工工藝提供了科學的依據(jù)[6]。畢竟機床的相對誤差是可以通過優(yōu)化加工工藝而減少的;只有充分了解整個工藝流程，才能做到充分利用臥軸矩臺平面磨床的已有精度，從而在控制工藝中存在的種種問題，盡可能提高加工的位置精度，完成最終的工藝流程自動化控制;本次分析不僅可以提高臥軸矩臺平面磨床的精度，更是大大的節(jié)約了工廠的成本以及運行費用，該優(yōu)化后的加工工藝在應用于工廠機床設備設施后取得了良好的效果，對企業(yè)的良好運營有很大的推動作用，對我國的機械工業(yè)的發(fā)展更是影響深遠！

參考文獻：

[1]李建林.高精度臥軸矩臺平面磨床主軸系統(tǒng)的溫度場分析[J].機械制造，2017，55（6）：327-327.

[2]李春宇，牛秋鴿，姜艷.改進平面磨床磨頭動、靜壓軸承[J].金屬加工（冷加工）201427（12）：84-85.

[3]高一男，宋延嵩，張磊，等.高精度快速傾斜鏡位置檢測與標定[J].激光與光電子學進展，2017，10（9）：106-112.

[4]劉志偉，董海，古智祥，等.高精度金剛石工具磨床主軸結(jié)構(gòu)設計及有限元分析[J].工具技術(shù)，2015，49（7）：39-42.

[5]孫婷婷，周怡君，曹火光.曲軸隨動磨床頭架主軸系統(tǒng)設計[J].機械設計與制造工程，2017，46（1）：32-35.

[6]胡秋，舒強，汪俊文，等.主軸部件套類零件高精度立式磨床研制[J].制造技術(shù)與機床，2016，35（9）：50-53.