加工精密主軸時頂尖定位精度的精化方法

>1保證頂尖孔定位精度的一般工藝措施加工精密主軸零件時，最典型的工件定位方式為兩端頂尖孔定位，這種定位方式符合基準(zhǔn)重合原則和基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。為保證頂尖定位精度，一般在對主軸的主要外圓表面進(jìn)行終加工前，需重新對頂尖孔進(jìn)行修研加工，常用的修研方法有：①用油石或橡膠砂輪修研頂尖孔。

　　將圓柱形油石或橡膠砂輪裝夾在車床卡盤上，用金剛石筆將其修整為60°圓錐體；將工件頂夾在油石與車床后頂尖之間，并加入少量柴油或輕機(jī)油潤滑，然后開動車床使油石高速轉(zhuǎn)動進(jìn)行修研，同時操作者手握工件斷續(xù)轉(zhuǎn)動。②用鑄鐵頂尖修研頂尖孔。該方法原理同上，不同的是用鑄鐵頂尖代替油石頂尖，修研時應(yīng)加入研磨劑，頂尖轉(zhuǎn)速略低。③用硬質(zhì)合金頂尖修研頂尖孔。該方法加工效率高，但修研質(zhì)量稍差，多用于修研普通軸頂尖孔或作為精密軸頂尖孔的粗研加工。④用頂尖孔磨床研磨頂尖孔。該機(jī)床加工精度較高，頂尖孔表面粗糙度可達(dá)Ra0.32µm，圓度可達(dá)0.8µm。(a)頂尖定位示意圖(b)定位截面有限點(diǎn)接觸狀態(tài)圖圖1雙錐形頂尖定位狀態(tài)圖加工精密主軸外圓時，主軸頂尖孔支承在固定的前、后頂尖上，此時工件的回轉(zhuǎn)軸線由兩個固定頂尖決定。理論上回轉(zhuǎn)軸線是固定不變的，可加工出高精度的外圓。但當(dāng)兩頂尖孔存在形狀誤差(如圓度、角度誤差等)或同軸度誤差時，均會造成定位截面上的頂尖與頂尖孔之間呈非圓周線接觸的有限點(diǎn)接觸狀態(tài)(如圖1所示)，這將導(dǎo)致支承剛度不足而使工件軸線發(fā)生變動，造成加工面的圓度誤差。在終磨(超精磨)圖2所示精密主軸的主要外圓時，由于其圓度允差極小，即使對兩頂尖孔進(jìn)行了仔細(xì)修研，使兩頂尖孔具有很低的表面粗糙度、較高的形狀精度和同軸度，但其接觸面積仍很難達(dá)到85%以上，工件軸線變動依然較明顯，仍會對工件外圓圓度產(chǎn)生顯著影響，外圓圓度超差現(xiàn)象時有發(fā)生。圖2高精度磨床砂輪主軸簡圖2頂尖定位精度的精化方法為提高加工精密主軸時頂尖的定位精度，保證主軸外圓終加工的圓度要求，可采取以下頂尖定位精度精化措施。

　　1）采用外圓終磨專用球形頂尖利用球體任意截面均為圓形和球體與錐孔接觸均呈圓周線接觸的特點(diǎn)，設(shè)計外圓終磨專用球形頂尖對工件進(jìn)行頂夾定位。球形頂尖可從幾何原理上保證頂尖與頂尖孔在定位截面上始終保持圓周線接觸狀態(tài)，即使兩頂尖孔存在較明顯的錐度誤差和同軸度誤差，也不會改變其圓周線接觸狀態(tài)。采用球形頂尖定位時，定位圓截面的接觸應(yīng)力分布均勻，接觸剛度顯著提高，被磨削主軸零件因定位面接觸變形引起的軸線位移基本消除，從而可顯著提高主軸回轉(zhuǎn)軸線的位置穩(wěn)定性，使主軸外圓終磨后的圓度大大提高。(a)頂尖定位示意圖(b)定位截面接觸狀態(tài)圖圖3球形頂尖定位）頂尖孔的多次修研精密主軸零件的主要外圓表面(如主軸軸頸面)一般需經(jīng)粗磨→半精磨→精磨→終磨(超精磨)等多道工序加工，在每道磨削工序之前均應(yīng)對頂尖孔進(jìn)行仔細(xì)修研，以逐步減小頂尖孔的表面粗糙度值，提高兩頂尖孔的形狀精度和同軸度，達(dá)到提高頂尖與頂尖孔接觸精度的目的。

　　各道磨削工序前的頂尖孔修研精度應(yīng)達(dá)到以下要求：①粗磨外圓前修研精度：表面粗糙度Ra0.63µm以下，用標(biāo)準(zhǔn)頂尖著色檢查，接觸面積不小于60%；②半精磨外圓前修研精度：表面粗糙度Ra0.32µm，用標(biāo)準(zhǔn)頂尖著色檢查，接觸面積不小于65%；③精磨外圓前修研精度：表面粗糙度Ra0.32µm，用磨床工作頂尖著色檢查，接觸面積不小于75%，且在近大端接觸。④終磨外圓前修研精度：表面粗糙度Ra0.32µm，在終磨磨床上用專用終磨球形工作頂尖加研磨劑研磨并著色檢查，接觸面積不小于95%；同時應(yīng)保證恒溫加工條件(20±1℃)。3結(jié)語工藝試驗(yàn)表明，通過對頂尖孔進(jìn)行多次修研，并在外圓終磨前采用球形頂尖研磨，可顯著提高頂尖孔質(zhì)量，精化頂尖定位精度。

　　球形頂尖的制造、使用、維護(hù)方便，研磨質(zhì)量高，可使接觸面積穩(wěn)定達(dá)到95%以上，且易保證在近大端接觸。通過采取頂尖定位精度的精化措施，精密主軸零件的外圓加工精度明顯提高，圓度誤差分散范圍縮小(可穩(wěn)定在0.005mm以內(nèi))，保證了精密主軸零件的加工合格率。