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(guò)對(duì)外圓磨軸類零件加工過(guò)程的仔細(xì)觀察和質(zhì)量分析，詳細(xì)闡明了外圓磨尾座磨損對(duì)零件加工精度的影響，并提出了解決這一問(wèn)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(jī)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(zhǎng)時(shí)間的使用和不當(dāng)?shù)谋ｐB(yǎng)都會(huì)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(jī)床磨損對(duì)加工質(zhì)量的影響，我們必須能夠迅速準(zhǔn)確的分析出機(jī)床各主要部件失去其應(yīng)有精度的情況下，對(duì)加工精度的影響，并且找到解決措施。鑒于此，筆者根據(jù)實(shí)際工作中遇到的關(guān)于外圓磨尾座磨損的問(wèn)題，作一個(gè)比較詳細(xì)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(duì)軸類零件進(jìn)行切削加工時(shí)，必須做的一項(xiàng)機(jī)床調(diào)整的工作就是機(jī)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(lái)的軸達(dá)到圖紙的圓柱度要求。這一過(guò)程我們通常叫調(diào)錐。然而，這一過(guò)程對(duì)于操作者來(lái)說(shuō)并不是一件容易的事，特別是對(duì)一個(gè)新手更是不好掌握。我們?cè)谡{(diào)錐時(shí)，常用兩種方法：一種是用標(biāo)準(zhǔn)芯棒、百分表找正法，另一種就是對(duì)零件的試切法。由于試切法不用尋找與工件同等長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)芯棒，比較方便快捷，準(zhǔn)確反映錐度誤差，因而操作者在現(xiàn)場(chǎng)用的較多。一般來(lái)說(shuō)，錐度調(diào)整好，各鎖緊鏍釘鎖緊后，機(jī)床的錐度值是不會(huì)變化的。然而，在磨削加工中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)了令人費(fèi)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(lái)的工件錐度誤差為零，可是等加工下一件時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)工件產(chǎn)生了0．004mm的錐度誤差；于是，再將機(jī)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(méi)變，可當(dāng)加工至第四件時(shí)，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(shí)很令人頭痛，．但這并不是操作者的問(wèn)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(xì)查閱《磨工簡(jiǎn)明手冊(cè)》，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(lái)逐一分析。①首先看調(diào)錐機(jī)構(gòu)的鎖緊鏍釘能不能鎖緊：操作者可以用百分表來(lái)檢查工作臺(tái)在工作中是否有偏移，以此來(lái)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(biāo)準(zhǔn)，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(dòng)幾下有一定緊度為宜。③工作臺(tái)縱向移動(dòng)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(huì)使軸產(chǎn)生錐度，在垂直面內(nèi)不平行會(huì)產(chǎn)生雙曲線，但二者的值都不會(huì)反復(fù)發(fā)生變化。④尾座頂針套筒磨損，配合間隙過(guò)大，導(dǎo)致兩頂尖中心線不重合。這種情況會(huì)使錐度值發(fā)生變化，操作者可以用手晃頂尖套筒來(lái)檢查其間隙是否過(guò)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(huì)使軸產(chǎn)生雙曲線，在水平內(nèi)不平行會(huì)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(xiàng)通過(guò)打百分表，工作臺(tái)沒(méi)有偏移，可以排除；又重修了中心孔和頂尖，因此第②項(xiàng)排除；第③項(xiàng)雖然也會(huì)產(chǎn)生錐度，但其值不會(huì)出現(xiàn)反復(fù)的變化，因此也可以排除；第④項(xiàng)是尾座頂針套筒配合間隙，經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查，尾座頂針套筒磨損不大，不足以引起此現(xiàn)象；第⑤項(xiàng)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(méi)什么磨損，而尾座磨損嚴(yán)重。經(jīng)測(cè)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(huì)反復(fù)地變化呢?我們可以根據(jù)其磨損情況作一個(gè)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(jī)床在設(shè)計(jì)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(lái)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(gè)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(dāng)h=0.5時(shí)，兩端直徑差為：O.002；當(dāng)h=0．8時(shí)，兩端直徑差為：O.004?？梢?jiàn)，隨著磨損量的增大，其對(duì)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(jī)床在設(shè)計(jì)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(tái)移動(dòng)軌跡形成了一個(gè)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(duì)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(huì)使磨削后的零件產(chǎn)生一定的錐度，但還是可以通過(guò)調(diào)整機(jī)床上工作臺(tái)的偏角來(lái)減小錐度誤差值，可為什么，在后面加工同一種零件時(shí)，還會(huì)有錐度誤差呢?我們可以圖六零件作一個(gè)簡(jiǎn)要的分析。該件階梯軸，在外圓磨床加工的尺寸為30．005。長(zhǎng)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(jī)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(tái)移動(dòng)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(gè)夾角α，當(dāng)工件的回轉(zhuǎn)軸線與工作臺(tái)移動(dòng)軌跡線調(diào)平行后，尾座頂尖的軸線便與工作臺(tái)移動(dòng)軌跡線產(chǎn)生一個(gè)夾角α。加之工件長(zhǎng)度的偏差，就使得尾座頂尖的位置有一個(gè)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(jī)床的磨損量來(lái)計(jì)算一下由此而引起的錐度值變化量：當(dāng)工件最長(zhǎng)時(shí)的偏角α：α=arcsin(0.2／100.43)≈O.11410當(dāng)工件最短時(shí)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(dāng)工件的長(zhǎng)度在±0．43mm內(nèi)變化時(shí)，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(huì)使工件產(chǎn)生類似的錐度變化。通過(guò)上述兩個(gè)方面的計(jì)算分析得知：尾座底面磨損雖然會(huì)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(shí)間內(nèi)是不會(huì)變化的，因而這不會(huì)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(guò)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(zhǎng)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(dāng)機(jī)床出現(xiàn)這種情況后，無(wú)疑會(huì)給操作者帶來(lái)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(jī)床的平時(shí)的維護(hù)保養(yǎng)工作機(jī)床的磨損是由于工作面間的長(zhǎng)期摩擦以及不斷地銹蝕引起的，要防止磨損就得避免機(jī)床銹蝕和發(fā)生干磨擦，因而，我們平時(shí)得經(jīng)常保持機(jī)床的清潔和定期的給工作面加上潤(rùn)滑油，以減少工作面的磨損，延長(zhǎng)機(jī)床的自身精度。再次，就是要定期地對(duì)機(jī)床進(jìn)行檢修，并及時(shí)地恢復(fù)機(jī)床應(yīng)有的精度。(二)對(duì)于已經(jīng)磨損了的尾座可以采取以下對(duì)策：1、更換尾座。這種辦法相對(duì)來(lái)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?？梢詫⑽沧p了的面鍍上一層須要厚度的金屬層，然后再鏟刮至機(jī)床的設(shè)計(jì)尺寸。這種方法雖然較麻煩，但還是比較經(jīng)濟(jì)適用的。