现代精密机床电机轴承座加工方法研究探讨

现代精密机床电机轴承座加工方法研究探讨

黄涛，席运桥，刘文涛，张超

(中国船舶集团公司第一○研究所，湖北 宜昌 443003)

摘要：本文介绍了精密机床电机中关键零件——电机轴承座一种加工方法。该方法着重关注了精加工中出现的加工变形问题，并分析产生问题的原因，通过采取可靠合理的工艺手段进行控制，从而保证了零件的尺寸精度及位置精度。本方法已在实际生产中得到了广泛的应用。

关键词：电机；轴承座；圆度；圆柱度；加工变形；夹具

0引言

机床电机是高精度机床的核心部件之一，其加工制造的精度直接影响着最终机床的几何精度和所生产零件的质量。而轴承座则是精密机床电机中的关键零件，其精度直接影响轴承的运转精度和寿命，进而决定了机床电机的加工精度和使用寿命。本文围绕着高精度机床电机轴承座加工过程中暴露出的夹持变形问题，以控制内孔圆度及圆柱度为最终目标，进行了分析研究，通过配备专用夹具、优化加工工艺等措施，解决了因装夹变形而导致的零件精度超差问题。这些措施已经在生产实践中得到推广，并取得了可观的经济效益。

1  轴承座的精度分析及工艺方案

1.1  零件简图

如图1所示,材料：45 锻件、热处理状态：T235

图1 零件简图

1.2  零件的主要尺寸精度、形状精度及位置精度要求

（1）[Φ100]孔（基准A）的圆柱度0.002,（2）[Φ100]孔底对基准A垂直度0.003A,（3）Φ170H7孔底对基准A垂直度0.003A,（4）[Φ178]外圆对基准A同轴度0.005A,（5）[Φ178]外圆肩面对基准A垂直度0.003A

上述零件精度会影响电机的几何精度、运动精度、温升、静态刚度、噪声及寿命等，也会影响电机的运动品质。

1.3  工艺方案分析及工艺路线制定

（1）工艺方案分析[1]

本零件选用的材料45，具有良好的综合力学和切削性能，良好的冲击韧性和低的缺口敏感性，适合于制造该零件。

根据零件的结构特征，选用锻造的方法生产毛坯，不仅可以在得到零件的形状的前提下减少节省原材料，还可以改善金属内部组织，提高金属的机械性能和物理性能。在经过调质处理后，锻件不仅可以满足轴承座的最终使用要求，切削性能也得到改善。

该零件不仅尺寸精度要求高，形状、位置精度要求也很高。为了保证零件的精度，需要将零件加工过程分为粗加工、半精加工、精加工等三个阶段，并且关键精加工阶段的内容要在恒温车间内依靠高精度磨床达到。同时为了消除零件加工时产生的应力，在采用热处理的方式释放之外，还适当延长工艺路线，让零件的加工应力有时间充分释放。

（2）工艺路线

根据以上工艺方案分析，结合实践经验，制定了如下工艺路线：

①粗车→②车→③钻、钳→④外磨→⑤内磨→⑥精车→⑦热处理→⑧精外磨→⑨精内磨

精外磨和精内磨是保证零件最终精度的关键工序。

2  加工中出现的问题

（1）精外磨时，使用专用磨芯轴装夹，保证φ130外圆、[Φ178]外圆及肩面在一次装夹中全部加工，保证精度要求。由于使用了专用夹具磨芯轴，可以保证一刀落的 [Φ178]外圆与肩面的垂直要求，检测该垂直度均在0.001～0.003。完全可以满足零件精度要求，也同时可以满足为后道工序精内磨做工艺基准的要求。

（2）精内磨时，采用三爪轻夹φ130外圆，校正[Φ178]外圆及肩面均在0.003之内，一次装夹磨削[Φ100] 和Φ170H7内孔及孔底。

在磨削结束后，临床测量零件的孔径尺寸和圆度都符合图纸要求，并且临床检测的内孔圆度只有0.002。但利用三坐标量仪复检零件的时候，发现内孔发生了较大的内应力变形，圆度扩大为0.012，尺寸精度和圆度均超差。检测结果显示，除了内孔圆柱度超差外，其余各项精度仍符合图纸要求。从孔底向孔口沿轴线方向使用圆度仪测量内孔三个截面的圆度，结果依次为0.011、0.005、0.003（如图2所示），且靠近孔口处精度明显好于孔底，三棱型变化趋势明显。

3  变形原因分析及控制方案提出

分析零件在加工过程中产生变形的原因依次为：①零件加工后，内应力重新分布产生的变形。②定位面平面度达不到要求，回弹产生变形。③零件夹紧位置、方向及受力点不恰当引起的变形。④零件的加工余量及加工过程中的切削力引起的变形。⑤加工过程中的切削热引起的变形。⑥零件结构不合理引起的变形。

结合该零件的检测结果，我们初步认为：该零件的加工精度超差主要是由于加工中零件夹紧位置、方向及受力点不恰当引起的。为此进行简单初步的工艺试验，通过减少零件内磨装夹时的三爪夹持力，检查磨削后的零件，发现圆度明显改观，但仍然有三处高点的迹象，可见零件变形导致的精度超差主要是由装夹方式不合理引起的。

图2 内磨夹具简图

既然确定夹持变形是引起最终零件精度超差的主要原因，为了解决因装夹变形引起的精度超差问题，我们进行工艺方案改进。改变原有的精内磨装夹方式。改径向三爪夹持为轴向夹持，设计内磨夹具工装。工装需要以零件φ130外圆及肩面定位（零件φ130外圆与内磨夹具内孔小间隙配合）、[Φ178]外圆处肩面拼紧用压盖压紧，固定零件位置来进行精内磨工序内容加工。

4  加工变形控制方案的实施

经上述分析，原工艺路线合理，只是在精内磨工序中的，零件的装夹方法需要改进。为了改变精内磨时零件的装夹方式，改径向夹持为轴向夹持，原内磨时候校正的外圆和肩面被专用工装所覆盖，无法校正，要减少零件装入内磨夹具时的调整难度，我们工装需要以零件φ130外圆及肩面定位、[Φ178]外圆处肩面拼紧用压盖压紧，固定零件位置来进行精内磨工序内容加工。

为此，在精外磨加工工序中，增加了以下要求，φ130外圆、φ220外圆两处外圆与[Φ178]外圆的同轴度要求，要求在0.002之内，且φ130外圆加工至尺寸φ130-0.05 -0.08；φ130外圆处肩面与[Φ178]外圆的垂直度要求，要求在0.003之内，由于使用了专用夹具磨芯轴加工，以上新增加的几项精度都可以保证，这就为使用精内磨工装，保证零件最终加工精度提供了条件。

通过φ130外圆、φ220外圆、Φ178外圆及肩面一次加工，保证精度要求。由于使用了专用的磨芯轴夹具，可以保证一次加工出来的 Φ178外圆与肩面垂直要求，检测垂直度均在0.001～0.003。完全可以满足零件精度要求，也同时可以满足为后道工序精内磨做工艺基准的要求。

然后在精内磨时候，采用三爪夹持内磨夹具外圆，校正Φ220外圆进行基准过度，校正Φ220外圆及[Φ178]外圆处肩面均在0.003之内，一次装夹磨削[Φ100] 内孔及孔底、Φ170H7内孔及孔底。在磨削结束后，临床测量零件的孔径尺寸和圆度都符合图纸要求，并且临床检测的内孔圆度在0.002以内。取下加工完成的零件检测时，内孔的尺寸精度和圆度均满足图纸要求，为了进一步验证该新工艺方案及工装的准确性，将完工零件送三坐标测量机和圆度检测仪进行测量，从孔底向孔口沿轴线方向使用圆度仪测量内孔三个截面的圆度，结果依次为0.0013、0.00097、0.00094，检测结果均满足图纸要求，内孔三个截面的圆度，均小于0.003的精度要求。采用新工艺路线和工艺方法，控制了零件加工中装夹变形对加工精度的影响，零件合格率由原来的20%提高到98%以上。

5  结束语

通过分析问题，工艺方案改进，实验验证，解决了高精度轴承座加工中因装夹变形引起的零件精度超差问题，对精密机床电机轴承座内孔圆度及圆柱度加工精度控制有了新的手段，保证了零件的加工质量。这些方法和措施已经推广应用到其他类似零件的加工中。

参考文献：

[1] 杨叔子.机械加工工艺师手册[M].北京：机械工业出版社，2001.8

[2] 李慧，马正先.机械结构设计与工艺性分析[M].北京：机械工业出版社，2013

[3]裴煜，万新峰，程辉，等.基于机械结构优化设计应用与趋势研究[J].中国设备工程，2022（5）：2.

[4]张士伟.机械结构优化设计应用与趋势研究[J].机械设计，2021.