外圓磨尾座磨損后加工誤差分析及解決措施

PAGEPAGE1外圓磨尾座磨損后加工誤差分析及解決措施張家界航空工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院付驍妍【內(nèi)容摘要】通過對外圓磨軸類零件加工過程的仔細觀察和質(zhì)量分析，詳細闡明了外圓磨尾座磨損對零件加工精度的影響，并提出了解決這一問題的措施?！娟P(guān)鍵詞】外圓磨誤差分析解決措施磨削加工在機械加工中往往屬于后續(xù)工序或最終工序，其加工精度有著很高的要求，因而，在磨削加工中如何提高加工精度和保證加工中的質(zhì)量持續(xù)穩(wěn)定性和可靠性是致關(guān)重要的。磨削加工中的加工精度及其質(zhì)量持續(xù)穩(wěn)定性和可靠性除了與操作者技術(shù)的熟練程度、情緒的穩(wěn)定性有關(guān)外，還與磨床本身的精度密切相關(guān)。磨床的精度在很大的程度上為磨削的加工精度提供了可靠的保證，但其不是一成不變的，長時間的使用和不當?shù)谋ｐB(yǎng)都會使得磨床的精度大大降低。為了可靠的保證磨削加工的質(zhì)量，避免機床磨損對加工質(zhì)量的影響，我們必須能夠迅速準確的分析出機床各主要部件失去其應(yīng)有精度的情況下，對加工精度的影響，并且找到解決措施。鑒于此，筆者根據(jù)實際工作中遇到的關(guān)于外圓磨尾座磨損的問題，作一個比較詳細的誤差分析，在這里與大家討論共享。一、不穩(wěn)定的錐度誤差現(xiàn)象我們知道，在外圓磨床上對軸類零件進行切削加工時，必須做的一項機床調(diào)整的工作就是機床錐度的調(diào)整。其工作的目的就是要使得工件的回轉(zhuǎn)軸線與砂輪的軸線平行，只有這樣，才能使磨出來的軸達到圖紙的圓柱度要求。這一過程我們通常叫調(diào)錐。然而，這一過程對于操作者來說并不是一件容易的事，特別是對一個新手更是不好掌握。我們在調(diào)錐時，常用兩種方法：一種是用標準芯棒、百分表找正法，另一種就是對零件的試切法。由于試切法不用尋找與工件同等長度的標準芯棒，比較方便快捷，準確反映錐度誤差，因而操作者在現(xiàn)場用的較多。一般來說，錐度調(diào)整好，各鎖緊鏍釘鎖緊后，機床的錐度值是不會變化的。然而，在磨削加工中，有時會出現(xiàn)了令人費解的反反復(fù)復(fù)的錐度變化。筆者曾用試切法將錐度調(diào)好，加工出來的工件錐度誤差為零，可是等加工下一件時，卻發(fā)現(xiàn)工件產(chǎn)生了0．004mm的錐度誤差；于是，再將機床調(diào)整好，錐度誤差為零，連續(xù)加工了兩三件，錐度誤差沒變，可當加工至第四件時，卻發(fā)現(xiàn)錐度誤差又發(fā)生了變化，約為O．003mm。這變化不定的錐度誤差，著實很令人頭痛，．但這并不是操作者的問題，若不找出其根本原因，加工質(zhì)量便很難控制。但造成這一現(xiàn)象的根本原因在哪里呢?二、尋找引起錐度值變化的原因經(jīng)仔細查閱《磨工簡明手冊》，其上載明了軸類零件磨削產(chǎn)生錐度誤差和工件母線不直的原因。然而導(dǎo)致錐度誤差的原因有很多，究竟是哪一種原因最終導(dǎo)致了這一結(jié)果呢?可用常用的質(zhì)量分析法—排除法，來逐一分析。①首先看調(diào)錐機構(gòu)的鎖緊鏍釘能不能鎖緊：操作者可以用百分表來檢查工作臺在工作中是否有偏移，以此來判斷鎖緊鏍釘是否鎖緊。②檢查中心孔及頂尖60度錐面是否標準，以及頂尖是否頂緊工件。該種情況多半使軸產(chǎn)生橢圓誤差。操作者可以將工件中心孔及頂尖重新修磨好，工件頂上頂尖后，用手轉(zhuǎn)動幾下有一定緊度為宜。③工作臺縱向移動軌跡與砂輪軸線在水平面內(nèi)和垂直面內(nèi)不平行：在水平面內(nèi)不平行會使軸產(chǎn)生錐度，在垂直面內(nèi)不平行會產(chǎn)生雙曲線，但二者的值都不會反復(fù)發(fā)生變化。④尾座頂針套筒磨損，配合間隙過大，導(dǎo)致兩頂尖中心線不重合。這種情況會使錐度值發(fā)生變化，操作者可以用手晃頂尖套筒來檢查其間隙是否過大。⑤尾座及頭架定位面磨損致使兩頂尖軸心連線與砂輪軸線不平行：在垂直面內(nèi)不平行會使軸產(chǎn)生雙曲線，在水平內(nèi)不平行會使軸產(chǎn)生錐度。筆者逐一分析和檢查了上述各原因，第①項通過打百分表，工作臺沒有偏移，可以排除；又重修了中心孔和頂尖，因此第②項排除；第③項雖然也會產(chǎn)生錐度，但其值不會出現(xiàn)反復(fù)的變化，因此也可以排除；第④項是尾座頂針套筒配合間隙，經(jīng)過仔細檢查，尾座頂針套筒磨損不大，不足以引起此現(xiàn)象；第⑤項是頭架和尾座定位面的磨損，在這里很顯然應(yīng)該是它了，結(jié)果拆下頭架和尾座一看，頭架情況較好，沒什么磨損，而尾座磨損嚴重。經(jīng)測量其定位底面磨損約0.3mm，側(cè)面磨損約0.2mm?？墒瞧溴F度值又為什么會反復(fù)地變化呢?我們可以根據(jù)其磨損情況作一個分析。三、尾座定位面磨損后錐度誤差分析(一)底定位面磨損后錐度誤差分析：機床在設(shè)計初，其兩頂尖中心線是等高的，并與砂輪中心線平行且等高。尾座底面磨損后，導(dǎo)致尾座頂尖中心高度降低，工件裝夾位置在垂直面內(nèi)如圖一所示：

磨削后零件的形狀便如圖二：我們也可以用解析的方法來分析：假設(shè)砂輪半徑為R，尾座底面磨損量為h，工件頭架端半徑為r，尾座端半徑為r1由于磨削之后工件外圓與砂輪外圓相切，它們的幾何關(guān)系如下圖三：由圖三我們便可以得到如下關(guān)系式：(r1+R)2=h2+(r+R)2。很顯然，這個方程是關(guān)于直徑r的二次曲線。我們可以尾座磨損量h=0．3代人上式，求出兩端的直徑差，設(shè)工件頭架端直徑r=15，砂輪半徑R=150，便得：(r1+150)2=0.32+(15+150)2r12+300r1--4275.09=0r1=15.00027(mm)即兩端直徑差為：(r1一r)×2=(15.00027—15)×2=0.00054(mm)同樣，可以推算出：當h=0.5時，兩端直徑差為：O.002；當h=0．8時，兩端直徑差為：O.004?？梢?，隨著磨損量的增大，其對錐度的影響是較大的。(二)尾座側(cè)定位面磨損后錐度誤差分析：同樣機床在設(shè)計初，兩頂尖中心線在水平面內(nèi)是在一條線上的，而后，由于尾座側(cè)面的磨損，工件在水平面內(nèi)的軸線便如圖四：由于工件的回轉(zhuǎn)軸線與工作臺移動軌跡形成了一個夾角α，經(jīng)磨削后，零件便如圖五：由于尾座側(cè)面磨損量△x=0．2(mm)，可得兩端的直徑差為：△d≈2△x＝0．4(mm)顯然，側(cè)面磨損對錐度誤差影響比底面磨損大得多。(三)造成錐度誤差反復(fù)變化的真正原因：據(jù)上分析，由于尾座的磨損，便會使磨削后的零件產(chǎn)生一定的錐度，但還是可以通過調(diào)整機床上工作臺的偏角來減小錐度誤差值，可為什么，在后面加工同一種零件時，還會有錐度誤差呢?我們可以圖六零件作一個簡要的分析。該件階梯軸，在外圓磨床加工的尺寸為30．005。長度尺寸100由上道工序加工而成，經(jīng)查其未注自由公差為±0．43(jsl4)。該件外圓的尺寸公差又較小，因而機床的錐度值須得調(diào)到很小，尺寸很容易超差，這樣我們就得使工件的軸線與工作臺移動軌跡線平行。然而，在這里，由于尾座的的磨損，使得工件的回轉(zhuǎn)軸線與頂尖的軸線有了一個夾角α，當工件的回轉(zhuǎn)軸線與工作臺移動軌跡線調(diào)平行后，尾座頂尖的軸線便與工作臺移動軌跡線產(chǎn)生一個夾角α。加之工件長度的偏差，就使得尾座頂尖的位置有一個位移，這樣工件軸線的位置也就跟著變化，加工后零件的錐度誤差也跟著變化。如圖七所示：我們可以圖六零件及機床的磨損量來計算一下由此而引起的錐度值變化量：當工件最長時的偏角α：α=arcsin(0.2／100.43)≈O.11410當工件最短時的偏角β：β=arcsin(0.2／99.57)≈0.11510二者角度差為：β-α=O.1151—0.1141=O.0010則由角度變化而引起的錐度差為：△d=2×(R0×sinO.0010)=0.003(mm)因而，當工件的長度在±0．43mm內(nèi)變化時，加工后的零件錐度便在0．003mm內(nèi)變化。同樣地，如果尾座頂尖套筒有間隙，或尾座歪斜，都會使工件產(chǎn)生類似的錐度變化。通過上述兩個方面的計算分析得知：尾座底面磨損雖然會導(dǎo)致加工后的零件產(chǎn)生近似錐度誤差，但尾座底面的磨損量在短時間內(nèi)是不會變化的，因而這不會引起錐度值反復(fù)變化；而由于尾座側(cè)定位面的磨損，或者尾座頂尖套筒間隙過大及尾座安裝歪斜導(dǎo)致兩頂尖中心線在水平面內(nèi)不共線，加之工件長度的變化，才是引起先前所述工件錐度變化的真正原因。四、消除尾座磨損而產(chǎn)生錐度誤差的措施當機床出現(xiàn)這種情況后，無疑會給操作者帶來很大的麻煩，因此，為了保證加工精度，我們必須采取措施防止或者避免這種情況的發(fā)生。在這里筆者提出以下幾條建議：(一)做好機床的平時的維護保養(yǎng)工作機床的磨損是由于工作面間的長期摩擦以及不斷地銹蝕引起的，要防止磨損就得避免機床銹蝕和發(fā)生干磨擦，因而，我們平時得經(jīng)常保持機床的清潔和定期的給工作面加上潤滑油，以減少工作面的磨損，延長機床的自身精度。再次，就是要定期地對機床進行檢修，并及時地恢復(fù)機床應(yīng)有的精度。(二)對于已經(jīng)磨損了的尾座可以采取以下對策：1、更換尾座。這種辦法相對來講成本較高，但其精度和使用壽命比較有保證。條件好的采用該種辦法為宜。2、采用鍍層法修復(fù)尾座。可以將尾座磨損了的面鍍上一層須要厚度的金屬層，然后再鏟刮至機床的設(shè)計尺寸。這種方法雖然較麻煩，但還是比較經(jīng)濟適用的。