轴承座的超精密平行度磨削加工

1前言
      这里介绍的轴承座是某产品天线座中的关键零件，该轴承座是一精密薄环形零件，其精度要求非常高，加工难度大，很容易出废品，生产周期也长。该关键零件轴承座就成了精密生产加工的瓶颈。

2轴承座的加工难

点
      该零件材料为GCr15轴承钢，淬硬HRC≮61。另从图中可以看出，形位公差要求很高，同轴度及全跳动均为0.015，圆柱度为0.002。精磨后零件要保证以上的形位公差，则对精磨定位装夹用的两端面平行度有很高的要求。所以在加工工艺设计中，工艺要求将A、B两端面的平行度提高到0.001。在以往加工中，该零件采用高精度平面磨削，加工后的平行度只能达到0.005～0.008。后面工序须再经过大量的平面研磨工作，才能将零件的平行度提高到0.001，通过很长的生产周期才能满足工艺要求。
为了解决该生产瓶颈问题，需寻找一种*高精度的加工方法。为此考虑直接用磨削加工方法来保证平行度0.001。
      针对这一难题，我们对该零件的磨削加工进行了认真的分析研究。该零件为薄板形零件，在机械加工中会产生切削应力，随着时间的变化零件形状也在逐渐变化，如果热处理不好（即切削应力消除不尽），磨削加工中不注意散热条件，这种微量变化会变得很明显。
3需要解决的问题
      在平面磨削加工中，需要解决的问题是：磁场引力所产生的零件变形及磨削热引起的零件受热膨胀变形。平面磨床的工作台是一个强力的电磁吸盘，通电工作时，钢铁零件在电磁力的作用下，会被牢牢地吸附于工作台面上。对于经过粗磨加工并时效处理后的轴承座，其端面的平面度不可能很平。当薄环形零件轴承座的端面被吸附于电磁工作台上时，必然产生弹性变形。当电磁力消失后，零件回复，变形也就消失。另外，在磨削时，由于砂轮高速旋转（线速度35m/s～50m/s），砂轮与零件在接触的瞬间所产生的热量可达1000℃以上。所以，在零件本体上，热量也在不均匀地变化，膨胀变形也随之产生。


4解决方法
      为了解决上述问题，工艺设计时着重考虑解决以下几方面的问题。
      1）根据材料及零件形状的特点，粗磨工序为精磨留磨削量0.05～0.06，平行度要求达到0.01～0.02 左右。
      2）选用硬度较软、粒度中等的白刚玉砂轮GB60#ZR 1AP，进行多次平衡修正。
      3）对砂轮磨削热的处理：因为在磨削过程中，磨削所产生的热量瞬时可达1000C以上。为了减少磨削热的影响，把砂轮修整成台阶式，即留下砂轮的半宽或更少以减少磨削面积，从而减少磨削所产生的热量。同时也减小由于砂轮磨削压力所造成的加工误差。
      4）对砂轮进行微钝化处理：砂轮刚修整后得到的微刃比较锋利，切削性能好。随着磨削时间的增加，微刃逐渐被磨钝，这时微刃的等高性就进一步得到了改善，而切削性能则降低，摩擦抛光的作用也得到增强。磨削区的高温使金属软化，钝化的微刃在工件表面滑擦和挤压，表面凸峰被挤平，从而使工件表面格外光洁。
      5）冷却液要充足干净，无夹砂等现象。
以上方法是磨削加工该轴承座的必要条件。
5微磁吸夹具
      加工该轴承座*关键的问题是采用恰当的装夹方式克服零件弹性变形，从而使磨削加工达到工艺要求。
通常磨削薄环形零件时，由于零件不平，常采用垫弹性垫圈、涂白蜡、垫纸等方法来解决平面的磨平问题，而且要经过多次的翻身磨削，才能达到平行度[CM（22]0.01～0.02。但这些装夹方法对于平行度要求0.005以内的薄形零件显然无法达到。
      针对轴承座的加工难点，考虑设计了一付微磁吸夹具（见图2）。采用上下各一块钢板，中间隔一层铜板， 选用铜焊连接。微磁吸夹具的原理为：铜材料不导磁。所以将夹具置于工作台上并吸牢时，零件基本不受磁吸引力影响，或只有微磁力吸引。此微磁力在平面状态下只有几克至十几克，不足以使零件产生弹性变形。夹具经过退火处理后并铣加工成形。然后将夹具吸牢于磨床工作台面配磨，作为零件的加工基准。将零件平放置于微磁吸夹具上。采用侧向压板将零件靠牢定位，使零件不受压力、磁吸引力，亦无侧向位移，即无弹性变形，零件基本处于自由状态。另外，在微磁吸夹具中间镗了一个50的通孔，其作用是：（1）将两块钢板与铜板中间部位焊牢，防止夹具振动。（2）冷却液冲入孔中不流走，对零件及夹具有很好的冷却作用。（3）磨削时，磨下的切屑及磨粒冲入孔中，沉入孔底，不会堆积在零件内圈而影响磨削表面精度。

6结束语
      在上述条件下，将粗磨并热处理时效后的零件进行认真地几次翻身磨削加工，加工时充分冷却。经过严格地检验，测量，磨削加工出的轴承座，零件A、B两端面的平行度达0.0003～0.0005。用超精密平面磨削方法直接满足了平行度0.001的工艺要求，提高工效五倍，并省去了费工费力的研磨工作量。

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