淬火横轴的孔面磨削加工

2014-04-09苏州一光仪器有限公司江苏215006

金属加工(冷加工) 2014年8期

苏州一光仪器有限公司（江苏 215006) 王金

横轴是经纬仪最重要的零件之一，它是联接经纬仪支架与望远镜组件的核心零件，关系到经纬仪整机的质量，尤其是其两端外圆mm、mm与中间部位横轴孔mm之间的形位公差要求非常高 (见图1)。也就是说:如果该零件在形位公差没有满足图样技术要求的情况下被使用，那么望远镜组件与支架的装配位置关系偏移过大，经纬仪的测角精度则会受到直接影响，甚至可能导致仪器测量数据因偏差过大而完全失去意义。

横轴零件结构如图1所示，材料为GCr15钢，整体淬火硬度要求60～65HRC，主要配合面的表面粗糙度值要求最高达Ra=0.2μm。在加工该零件时，既要保证所有外圆和孔φ40mm的尺寸精度要求，又要保证外圆与台阶面、外圆与孔φ40mm、孔φ40mm与其孔口端面之间的形位公差要求，加工难度较大，必须设计相应的工装才能实现其加工要求。

1.工艺难点分析与相应措施

图1 横轴

2.机床选择

3.工装设计

(1)工装结构方案及工作原理工装的结构如图2所示。

图2 横轴磨削工装

尾锥体1通过利用磨床专用拉杆固定在机床的主轴上，以莫氏5号锥度定位;法兰盘3与尾锥体1用4个M10的内六角圆柱头螺钉2联接紧固，用轴与孔的间隙配合定位;下支撑座4(见图3)与法兰盘3用4个M8的内六角圆柱头螺钉18紧固，并用两个A6圆柱销17定位;上支撑座7(见图4)与下支撑座4的一端用一只A10圆柱销23定位，并可以上下旋转，而另一端用活动螺栓8、A8圆柱销15、M12六角螺母16(各1个)组合结构压紧;恰好被加工零件 (虚线表示)放在上下支撑座中间，被上支撑座7压紧在下支撑座4上，且其两端外圆分别各用一只半圆形的定位环6(见图5)、定位环9(见图6)定位;另外在横轴轴心线方向，以横轴的一个台阶面靠在Q面 (见图2)上定位，另一端用一个弹性装置压紧 (该弹性装置包括零件:顶杆10、螺套11、压缩弹簧12、拉手13、支座14和内六角圆柱头螺钉18);其次用一个活动的定位结构 (该定位结构包括零件:内六角圆柱头螺钉19、定位螺钉20、自制螺母21和开槽锥端紧定螺钉22)限制横轴沿轴线方向旋转;最后用配重块24来保证整个工装的重心落在尾锥体1的轴线上。

图3 下支撑座4

图4 上支撑座7

图5 定位环6

图6 定位环9

使用工装时，首先将整个工装置入磨床的主轴中拉紧;其次松开六角螺母16，掀开上支撑座7后把被加工零件放入工装，并用弹性装置压紧;其次放下上支撑座7，稍微紧固六角螺母16和旋紧定位螺钉20，以固定被加工零件，再利用安装在机床上的千分表对横轴孔mm找正中心;再次紧固六角螺母16和加固定位螺钉20，再找正横轴孔φ39.5mm中心，直至圆跳动控制在0.05mm以内;最后可以先加工横轴孔φ40mm，再磨削该孔的端面。

(2)工装的制造与调试方法该横轴磨削工装有几个非常重要的参数及形位公差要求特别高 (见图2)，以及为减少工装的装夹误差和增加该工装的使用寿命而必须使部分零件淬火，导致工装的制造难度很大。具体要求如下:φ24mm与φ13mm的轴心线必须与尾锥锥体1的轴心线之间的垂直度、位置度分别为0.008mm、0.01mm;Q面与尾锥锥体1的轴心线之间的距离为 (50.8±0.03)mm;半圆形的定位环6、定位环9必须经淬火后硬度为35HRC左右，尾锥锥体1必须经淬火后硬度为55HRC左右。

基于以上要求，首先，该工装的尾锥锥体1选用GCr15材料，磨削加工前淬火硬度为55HRC左右;其他非标准零件均选用45钢，除定位环6、定位环9磨削加工前需淬火硬度为35HRC左右之外，均无需淬火;其次，下支撑座4的两处半孔φ33mm、上支撑座 7的半孔φ24mm和φ13mm均必须在装配后组合加工，保证图2所示的垂直度要求;再次，定位环6和定位环9待淬火和磨削加工符合图样要求后，再用线切割将其加工成半圆。

工装调试方法，采用零件试加工并检验该零件偏差的手段来完成。即:横轴磨削工装制造完成，且横轴半成品零件也到了此道工序，那么把横轴磨孔工装安装在磨床上，并把横轴半成品零件按照工装使用要求装夹在工装上，起动机床后试加工至图样尺寸;然后卸下横轴半成品零件，并拿到三坐标机上进行测量;最后根据横轴试加工零件的测量结果，修正Q面，或修正定位环6、定位环9相关尺寸，或重新加工定位环6、定位环9来完成工装调试。