胡剛

摘? 要：高精度臥軸矩臺(tái)平面磨床是國家標(biāo)為M71系列平面磨床，即帶有臥式磨頭主軸，矩形工作臺(tái)的平面磨床。該磨床的主要功能是用砂輪的周邊磨削工件的平面，也可以用砂輪的端面磨削工件的槽和凸緣的側(cè)面，磨削精度和光潔度都較高;適宜于磨削各種精密零件和工模具，可供機(jī)械加工車間、機(jī)修車間和工具車間作精密加工使用。高精度臥軸矩臺(tái)平面磨床主軸系統(tǒng)的熱變形是影響磨前加工精度的主要因素之一，為研究主軸系統(tǒng)溫度分布隨時(shí)間的變化規(guī)律，我們對(duì)高精度臥軸矩臺(tái)平面磨床主軸系統(tǒng)的溫度場進(jìn)行了驗(yàn)證性分析并得到了臥軸部件加工質(zhì)量對(duì)主軸系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時(shí)間以及對(duì)主軸系統(tǒng)的溫度場的影響。優(yōu)化臥軸矩臺(tái)平面磨床的基礎(chǔ)部件能夠縮減主軸系統(tǒng)達(dá)到熱平衡的時(shí)間并提高臥軸矩臺(tái)平面磨床主軸系統(tǒng)的精度，基于此提出了改善主軸系統(tǒng)加工工藝的措施。

關(guān)鍵詞：平面磨床;主軸;溫度場;分析

中圖分類號(hào)：TG580.2? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）14-0095-03

Abstract： The high precision horizontal axis moment table plane grinder is a national standard M71 series plane grinder， that is， it is a plane grinder with horizontal grinding head spindle and rectangular worktable. The main function of the grinder is to grind the plane of the workpiece with the periphery of the grinding wheel， or to grind the groove and flange side of the workpiece with the end face of the grinding wheel， which has high grinding accuracy and smoothness and is suitable for grinding all kinds of precision parts and dies. It can be used for precision machining in machining workshop， machine repair workshop and tool workshop. The thermal deformation of the spindle system of the high precision horizontal axis moment table plane grinder is one of the main factors affecting the machining accuracy before grinding， in order to study the variation of the temperature distribution of the spindle system with time. The temperature field of the spindle system of the high precision horizontal axis moment table plane grinder is verified and the influence of the machining quality of the horizontal shaft components on the thermal balance time of the spindle system and the temperature field of the spindle system is obtained. Optimizing the basic components of the horizontal shaft moment table plane grinder can reduce the time for the spindle system to reach the thermal balance and improve the accuracy of the spindle system of the horizontal shaft moment table plane grinder. Based on this， the measures to improve the machining technology of the spindle system are put forward.

Keywords： plane grinder; spindle; temperature field; analysis

1 概述

機(jī)器制造工業(yè)的發(fā)達(dá)與否及機(jī)器裝備的自給水平是衡量一國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與科學(xué)技術(shù)水平的真正標(biāo)志。由于機(jī)器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件多，技術(shù)性強(qiáng)，所以實(shí)行生產(chǎn)專門化、標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化對(duì)于機(jī)器制造業(yè)的發(fā)展具有重大意義[1]。機(jī)械工業(yè)素有“工業(yè)的心臟”之稱，它是其他經(jīng)濟(jì)部門的生產(chǎn)手段，也可以說是一切經(jīng)濟(jì)部門發(fā)展的基礎(chǔ);它的發(fā)展水平是衡量一個(gè)國家工業(yè)化程度的重要標(biāo)志，為促進(jìn)民族地區(qū)的現(xiàn)代化，必須加速發(fā)展機(jī)械工業(yè)。隨著機(jī)械工業(yè)的飛速發(fā)展，各行業(yè)對(duì)機(jī)床的加工精度提出了越來越高的要求，對(duì)于臥軸矩臺(tái)平面磨床主軸系統(tǒng)來說，精度要求就更加的高。從目前所有的文獻(xiàn)分析可以了解到，國內(nèi)外都很少有文獻(xiàn)涉及高精度臥軸矩臺(tái)平面磨床主軸系統(tǒng)的溫度場分析，因此對(duì)于這一方面的研究有很廣大的發(fā)展前景，本文主要研究臥軸部件的規(guī)格以及加工工藝對(duì)高精度臥軸矩臺(tái)平面磨床主軸系統(tǒng)的溫度場的影響分析。

2 立項(xiàng)原因

2.1 存在問題

臥軸部件在裝配過程中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)臥軸有彎曲現(xiàn)象（抽查數(shù)據(jù)為0.1mm～1.5mm），且臥軸箱體銅套與箱體安裝基面平行度較差（抽查數(shù)據(jù)為0.088mm）。

2.2 預(yù)期效果

針對(duì)以上兩個(gè)方面問題，進(jìn)行工藝試驗(yàn)攻關(guān)，臥軸部件質(zhì)量大幅度提高，臥軸的直線度大幅度提高，臥軸箱體平行度大幅度提高，使得臥軸矩臺(tái)平面磨床主軸系統(tǒng)的加工工藝大幅度提高，節(jié)約企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營成本[2]。

3 項(xiàng)目開展情況

3.1 目標(biāo)完成情況

截止到2010年12月，已經(jīng)完成全部階段的目標(biāo)。

第一階段目標(biāo)，完成試制工藝。

第二階段目標(biāo)，完成工件準(zhǔn)備，完成工裝準(zhǔn)備。

第三階段目標(biāo)，形成一套加工工藝，按照工藝實(shí)施各5件以上，達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)為：找正兩頭，中間跳動(dòng)量不能超過0.2mm。臥軸箱體的形位公差達(dá)到圖紙要求。

3.2 項(xiàng)目實(shí)施過程存在問題

（1）臥軸彎曲。

（2）臥軸箱體蓋板與臥軸不同軸，表現(xiàn)為螺栓孔不正。

（3）臥軸銅套內(nèi)孔與安裝基面不平行。

（4）臥軸為細(xì)長軸，磨削很困難，有時(shí)出現(xiàn)圓度超差。

2010年4月-2010年6月，項(xiàng)目組經(jīng)過對(duì)臥軸部件工藝進(jìn)行了深入細(xì)致的調(diào)研。經(jīng)過充分的研究對(duì)比，形成修改工藝的六個(gè)共識(shí)。即工序要做較大調(diào)整、磨床工具夾具要休整、增加放置工裝、增加磨削質(zhì)量的檢測(cè)環(huán)節(jié)、修改裝銅套方法、增加臥軸箱體的檢測(cè)環(huán)節(jié)。

2010年6月28日，項(xiàng)目組確定了試制的臥軸部件加工工藝和部裝方法。

2010年7月-2010年9月。根據(jù)試制工藝要求，在鑄造分廠、總裝分廠、檢驗(yàn)科等單位配合下，完成了如下五個(gè)方面工作。

澆鑄了Z630臥軸箱體五件，并完成了劃線、銑面、鏜孔等加工內(nèi)容，完成了五件臥軸銅套的加工，設(shè)計(jì)并組焊了臥軸懸吊放置工裝，完成了十根臥軸的粗加工工序，含粗、精車、熱處理等，加工修整了磨床工裝工具，含中心支架、頂尖等。

2010年11月-2010年12月，加工了一批臥軸及臥軸箱體。經(jīng)過檢驗(yàn)，全部交檢合格。本項(xiàng)目已全部實(shí)施完畢。通過臥軸箱體銅套冷裝工藝，成功地解決了鉸孔偏心帶來的形位精度超差的問題[4]。通過改進(jìn)臥軸加工工藝，特別是磨削工藝，成功將臥軸的直線度大幅度提高，從跳動(dòng)1.5mm降低到0.2mm以內(nèi)。

4 工藝優(yōu)化改進(jìn)對(duì)比

4.1 臥軸箱體原加工工藝方案

鑄造毛坯——時(shí)效處理——?jiǎng)澗€——粗銑外形——時(shí)效處理——粗精鏜孔，精銑面——三坐標(biāo)檢測(cè)——精銑面——?jiǎng)澗€、鉆孔、攻絲——壓裝銅套——鉸內(nèi)孔

注：我廠各種臥軸箱體加工工藝方案基本一致。

原加工工藝的不足：

常溫壓裝銅套時(shí)，經(jīng)常導(dǎo)致銅套偏心;銅套內(nèi)孔留有余量，在手動(dòng)鉸孔時(shí)，由于力量和技術(shù)因素，精度無法穩(wěn)定控制。

4.2 臥軸箱體新加工工藝方案

鑄造毛坯——時(shí)效處理——?jiǎng)澗€——粗銑外形——時(shí)效處理——粗精鏜孔，精銑面——三坐標(biāo)檢測(cè)——精銑面——?jiǎng)澗€、鉆孔、攻絲——冷裝銅套

注：我廠各種臥軸箱體加工工藝方案基本一致

新工藝加工工藝特點(diǎn)：

銅套由原來的壓裝改為冷裝，徹底解決了受力不均導(dǎo)致銅套偏心問題;新工藝在冷裝前已經(jīng)將銅套精車到預(yù)計(jì)尺寸，冷裝后內(nèi)孔會(huì)達(dá)到圖紙尺寸，不再鉸孔。

4.3 臥軸原加工工藝方案

下料——調(diào)質(zhì)——粗車——精車——精磨——?jiǎng)澗€、鉆孔——銑鍵槽

注：我廠各種臥軸加工工藝方案基本一致。

原加工工藝的不足：

粗加工、半精加工后產(chǎn)生應(yīng)力較大，工件容易變形;中間沒有檢測(cè)環(huán)節(jié)，完工后沒有檢測(cè)直線度。

4.4 臥軸新加工工藝方案

下料——調(diào)質(zhì)——粗車——精車——半精磨——熱時(shí)效——精磨——檢測(cè)直線度——?jiǎng)澗€、鉆孔——銑鍵槽

新工藝加工工藝特點(diǎn)：

（1）采取了兩次磨削工藝，有利于提高曲軸精度。

（2）精磨之前，增加熱時(shí)效工序，降低了加工應(yīng)力變形。

（3）增加了直線度檢測(cè)環(huán)節(jié)，有利于質(zhì)量控制，如果遇到超差的，可以另行處理。

（4）在精磨過程中，改進(jìn)了原磨削工藝，提高了質(zhì)量。

（5）使用新工藝的臥軸經(jīng)試用后，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，效果很好。

5 試驗(yàn)成果分析

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)可知，我們廠精車后曲軸的直線度情況不太理想，最大1.4mm，最小0.11mm，加工穩(wěn)定性較差。從粗磨的情況看，臥軸的直線度數(shù)據(jù)與精車后趨向一致，磨削方法有待提高，且精車質(zhì)量會(huì)影響磨削。因此我們主要在這些方面進(jìn)行了相關(guān)改進(jìn)。

試制產(chǎn)品粗磨后，安排了熱時(shí)效，然后進(jìn)行第二次磨削（精磨），操作者田曉東，采取了修整支撐、增加測(cè)量、調(diào)整頂緊力等手段，精磨的直線度情況見表1。

從精磨情況看，臥軸直線度基本上在0.1-0.2mm（跳動(dòng)量）之間，證明增加時(shí)效環(huán)節(jié)，調(diào)整磨削方法，對(duì)直線度的提高起到了關(guān)鍵作用[5]。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)可知，0.2mm內(nèi)的直線度基本上達(dá)到了預(yù)期目的，因此，我們本次的加工工藝優(yōu)化改革取得了良好的效果。

6 結(jié)束語

高精度臥軸矩臺(tái)平面磨床主軸系統(tǒng)的溫度場分析對(duì)于我國的機(jī)械工業(yè)的發(fā)展具有不可估量的影響，本文首先簡要介紹了對(duì)高精度臥軸矩臺(tái)平面磨床進(jìn)行分析改進(jìn)的重要意義，其次，對(duì)高精度臥軸矩臺(tái)平面磨床的相關(guān)部件進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)改進(jìn)，得出了最優(yōu)的配件規(guī)格;最后對(duì)機(jī)床的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)分析，并提出改進(jìn)建議，為高精度臥軸矩臺(tái)平面磨床結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改進(jìn)提供了參考依據(jù)。在機(jī)床、工藝、程序等多方面，為企業(yè)的安全生產(chǎn)提供了有力的保障，同時(shí)為改進(jìn)臥軸矩臺(tái)平面磨床的加工工藝提供了科學(xué)的依據(jù)[6]。畢竟機(jī)床的相對(duì)誤差是可以通過優(yōu)化加工工藝而減少的;只有充分了解整個(gè)工藝流程，才能做到充分利用臥軸矩臺(tái)平面磨床的已有精度，從而在控制工藝中存在的種種問題，盡可能提高加工的位置精度，完成最終的工藝流程自動(dòng)化控制;本次分析不僅可以提高臥軸矩臺(tái)平面磨床的精度，更是大大的節(jié)約了工廠的成本以及運(yùn)行費(fèi)用，該優(yōu)化后的加工工藝在應(yīng)用于工廠機(jī)床設(shè)備設(shè)施后取得了良好的效果，對(duì)企業(yè)的良好運(yùn)營有很大的推動(dòng)作用，對(duì)我國的機(jī)械工業(yè)的發(fā)展更是影響深遠(yuǎn)！

參考文獻(xiàn)：

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