超精密磨削主轴产生椭圆的原因分析及对策

【摘要】介绍了CNCH350加工过程中遇到的磨削问题，针对精密磨削中所产生的磨削缺陷，分析了椭圆度的产生、圆度超差的原因及解决方法，以及所采取的一些措施，和新的工艺手段，探讨了采取新的措施和工艺方法后的效果。

【关键词】磨床；磨削；主轴；圆度

Abstract：Introduces CNCH350 encountered in the process of grinding， for in the precision grinding of grinding defects， analyzed the ovality， roundness error causes and solutions， and has taken some measures， and new technology method， discusses the new measures and the effect after the process method.

Keywords：Grinding machine；Grinding；Spindle；Roundness

CNCH350是公司在“国家高档数控机床与基础制造装备”科技创新中，承担的重大专项课题“航空精密加工车床”。在对这台机床主轴进行超精密磨削过程中，曾经出现过这样的现象：磨削后的主轴，在以键槽对称轴左右45o方向分别为长短轴，形成大小在0.009mm左右明显的椭圆度（如图1所示）。

试验证明，主轴椭圆度的产生，是由于主轴本身结构及在磨削过程中周期变化斜弯曲的影响所形成。从图1可看出：OY、OZ轴为对称轴（也是主惯轴），通过OY、OZ轴的纵平面为其主轴的主惯面。为了研究和计算推理方便，在不影响变形性质的情况下做如下假设：

1.在磨削过程中，因为磨削力很小（

2.主轴在自重作用下的弯曲变形，可近似看成均布载荷q作用下的变形。

因为主轴OY是双键槽的对称轴，所以只要研究了OY轴在Ⅰ、Ⅱ象限中的情况，主轴在磨削过程中发生斜弯曲的情况就基本清楚了。

主轴在磨削过程中，工件每转动一周，由于Jy≠Jz，在主轴自重的作用下就形成了周期变化的斜弯曲。这种斜弯曲就引起了工件在水平方向的周期摆动（主轴及垂直方向同样也在上下周期摆动，但对主轴磨削椭圆度影响不大，故不予研究）。当工件向远离砂轮方向摆动时主轴将少磨去一部分；当向接近砂轮方向摆动时主轴将被砂轮多磨去一部分。于是在磨削过程中工件就自然地形成了椭圆度。由均布载荷作用下梁的弹性曲线方程式可知：y=qx（L-2Lx+x）/24，当x0时，y0。所以主轴的椭圆度从刚性最差的中间部位向两端逐渐减少，两端椭圆度最小，趋向于零。

从上述分析可知：CNC600主轴在磨削过程中椭圆度的形成是由于周期变化的斜弯曲的影响造成的。因此，只要主轴结构和磨削方式不变，椭圆度就必然会产生。经反复试验，终于找到了利用现有设备（M131W）尽量减少主轴椭圆度的方法。这就是采用具有弹性的石墨填料砂轮，进行调头磨削并严格控制停机的适当时机，同时借用磨削过程的复映规律，就可以达到较为理想的真圆度。因为调头磨削刚开始砂轮接触工件的部位是椭圆的长轴，随着磨削的继续进行椭圆度逐渐减少，当长短轴接近相等时立即停止磨削。如果继续磨削下去将使原来的长轴变为短轴。

及时掌握停机时间是磨削成败的关键。我们是这样控制的：在调头磨削时将主轴外圆涂上紫色或红丹油，当磨削面积达到整个外圆面积的1/2时，立即停止磨削，此时主轴的长短轴接近相等。应用上述方法在普通磨床上磨削，使主轴椭圆度由原来的0.009mm减少到0.0027mm，母线直度小于0.002mm，粗糙度Ra0.022um。根据这种原理，利用其它零件作试验，得到了完全一致的结论。如一根￠50x2000mm的镗刀杆进行磨削时，当刀方孔开到一个方向上时，用正常方法磨削椭圆度达0.03～0.04mm。若采用上述方法磨削，则很容易把其椭圆度控制在0.01mm以内。当多个刀方槽成90o方向间隔开到刀杆上（如图2所示），就是利用一般方法磨削，也能得到比较满意的结果。我们曾查了工具库的所有典型镗刀杆，发现直径和长度完全相近而刀方槽开的方位不同时，椭圆度相差很大。

为此，在设计精密长轴零件时，在满足设计要求的前提下，尽量在零件的任一对垂直的主惯性平面内使惯性矩J尽量接近，即Jy≈Jz。

参考文献

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作者简介：徐艳莉（1968―），女，甘肃天水人，工程师，主要从事中、小零件和畸形零件的机械加工及工艺、分厂技术管理等工作。