无磁轴连轴承细长台阶孔的磨削工装设计

张风琴，刘燕娜，魏秀军

(洛阳轴承研究所有限公司，河南 洛阳 471039)

汽车发动机水泵、纺织机械等所使用的轴连轴承结构相对简单，轴为实心轴，轴径在10 mm以上，多采用GCr15，G95Cr18等较易加工的导磁材料，一般轴承精度为P6，加工相对容易。随着电子工程和精密工程领域向微型化、高精度发展，国内轴承行业也兴起对高精度微型轴连轴承单元的研发。此类高精度微型轴连轴承的轴径一般在10 mm以下，精度等级为P4，部分轴承的轴还带有细长台阶孔并且台阶处要求清根(过渡半径为零或非常小，以避免装配时干涉)，同时对轴的内孔锥度也有一定要求，该类型轴连轴承材料特殊(无磁)，尺寸小，精度要求非常高，其细长台阶孔采用一般的内圆磨床无法加工。因此，设计出辅助工装，在电磁无心夹具内圆磨床上实现磨削加工。

1 加工工艺分析

某型轴连轴承的轴最大外径尺寸为7.29mm，总长26 mm，细长台阶内孔为φ4.2 mm×15 mm和φ3 mm×10.4 mm。细长轴最终尺寸及精度要求如图1所示。

图1 轴连轴承细长轴台阶内孔尺寸精度

若采用传统的滚轮加支承的复合型无心夹具磨床(3MZ201)加工，由于细长轴横截面尺寸较小，支承刚度较差，滚轮式夹装工具压力只能施加在一端，轴悬吊端的旋转精度较差，进给量较大时会出现轴不能正常旋转甚至倾覆，细长轴台阶内孔的锥度达不到技术要求；材料的抗磁性会使工件无法进行定位夹装。

细长轴台阶小端孔由于对形状、尺寸精度要求不高，可以在电火花磨床上进行磨削。而大端孔设计在3MZ203K磨床(表1)上采用电磁无心夹具及二级夹具进行分段磨削，即先在内孔轴向上分3段进行切入磨削，磨削到指定尺寸后再进行震荡磨削[1]和清根。

表1 3MZ203K磨床主要参数

2 定位工装设计

由于轴的材料特性，在磁力夹具上无法吸附，必须通过能够导磁的二级夹具夹装才能在电磁无心夹具上进行磨削加工。设计的装夹、定位工装如图2所示。

图2 二级夹具装夹细长轴示意图

细长轴采用二级夹具装夹，在3MZ203K专用磨床上磨削加工，手动上下料。磨床磨削装置及工装主要包括：数字变频高速电主轴、数字变频工件轴、高刚性硬质合金砂轮接杆、挡料板、托料板、磁极、专用导磁夹具、上支承、下支承等[2]。细长轴内孔磨削加工原理如图3所示。

1—磁极；2—细长轴；3—二级夹具；4—支承

细长轴的外径面由前支点和后支点共同支承，通过调节两支承在半圆盘上的夹角以及支点与支承座之间的厚度来保证细长轴在磨削时能够良好的回转。

二级夹具定位安装如图4所示，经过研磨的细长轴端面与定位块基准端面平齐，紧密地贴合在光洁的平板上，然后套入二级夹具，保证二级夹具的端面与定位块端面紧密贴合，然后拧紧固定螺母使细长轴与二级夹具紧固牢靠。

1—细长轴；2—二级夹具；3—定位块；4—平板

与支点接触的细长轴外径面作为内径磨削的基准面，其精度直接影响内径面磨削的质量[3]，所以细长轴的外径面必须经过精磨或研磨，以保证外径面表面粗糙度Ra不大于0.2 μm，圆度不大于1 μm；定位块和二级夹具的端面表面粗糙度Ra也应不大于0.2 μm，两端面的平行差都不大于1 μm，同时还需保证二级夹具的内径面与端面的垂直度不大于2.5 μm。

3 实际生产验证

依照工艺要求加工二级夹具和定位块，对200件样品按照图4的方法固定，在3MZ203K磨床上进行调整并加工，产品合格率达到91.5%(表2)，能够满足正常生产需要，表明设计的辅助工装应用在微型无磁轴连轴承细长轴台阶内孔的磨削上可以满足技术要求。

表2 产品缺陷种类及数量

4 结束语

针对无磁轴连轴承细长台阶孔的磨削，设计的附加二级夹具缩短了支承间距，增大了接触面积，进而增大了电磁吸力，实现了在电磁无心夹具磨床上的加工。

细长且需要清根的内孔产品可以进行分段切入磨，磨削到指定尺寸后再进行震荡磨削和清根加工，以避免由于砂轮轴以及支承刚度等原因造成的缺陷。