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[摘 要]国家社会经济的不断进步与发展，极大地促进了高精度轴承座深孔磨削加工技术的飞跃，研究其相关课题对于提升加工效果具有极为关键的意义。本文概述了相关内容，分析了精加工工艺方法，探讨了具体加工工艺，并研究了其检测方法及实际加工效果，望对相关工作的开展有所裨益。
[关键词]高精度轴承座；深孔；磨削；加工
中图分类号：TG580.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）45-0027-01
1前言
随着高精度轴承应用条件的不断变化，对轴承座深孔磨削加工提出了新的要求，因此有必要对其相关课题展开深入研究与探讨，以期用以指导相关工作的开展与实践。基于此，本文从概述相关内容着手本课题的研究。
2概述
主轴轴承是精密轴承的典型代表，是主轴中的关键部件，其性能好坏直接影响机床整体加工精度。其中，高精度主轴轴承座的加工尤为重要，轴承座内外径尺寸精度对该机床主轴部件的性能影响显著，并且由于轴承座的内径直接和主轴轴承的外径进行配合安装，若其内径加工后实际尺寸大于设计尺寸，则导致装配间隙过大，主轴完成装配后，高速加工时主轴回转精度降低，甚至出现振动及异响导致主轴部件损坏；若其内径加工后实际尺寸小于设计尺寸，则导致使装配间隙过小，主轴完成装配后，高速加工时主轴温升过高，烧坏轴承，影响主轴部件的使用寿命。因此，对此高精度主轴轴承座的精加工质量必须严格控制。
3精加工工艺方法分析
3.1精加工总体加工方案
通过对该零件的工艺图样进行分析，确定了采用磨削加工作为该零件的精加工工艺方法，具体加工方法如下：
（1）由于尺寸精度及形位公差精度要求高，因此采用迭代加工，以零件外圆、内孔互为基准，经粗磨、半精磨、精磨、精密磨，反复对外圆及内孔进行小量的磨削加工，逐步提高工件的基准精度，从而完成高精度表面加工。
（2）以该零件外圆为基准，分别找正外圆在0.005mm以内，掉头，加工另一端内孔，控制两端内孔的尺寸要求及同轴度要求达图。
（3）配磨内孔芯轴，顶两端芯轴中心孔，精磨外圆，控制外圆Φ142尺寸的圆柱度在0.005mm内。
3.2具体加工措施
3.2.1砂轮材料选择
对于精密磨削加工，磨料的选择非常重要。依据工件的材料特性及磨削机理，选择适宜的磨料可使其在磨削过程中保持良好的微刃特性，从而获得较高的表面质量。在该轴承座的加工中，依据材料40Cr，选择刚玉（WA）磨料。为兼顾加工效率及表面质量，各工步间磨料选择如下：
（1）粗磨、半精磨外圆选用WA60K砂轮。
（2）精磨、精密磨外圆选用WA80K砂轮。
（3）粗磨、半精磨内孔选用WA46J砂轮。
（4）精磨、精密磨内孔选用WA60K砂轮。
3.2.2磨削参数
本次加工的切削参数为：进给量f为30-50mm/min，切深ap为0.002-0.005mm。磨外圆时，切削速度v为35m/s，磨内孔，切削速度v为20m/s。
3.2.3冷却液选择
冷却液采用水质冷却液。水质冷却液既具有较好的冷却润滑效果，同时还具有较好的冲刷效果，可以将细小的切屑及时冲走，避免切屑划伤已加工表面。
4具体加工工艺
4.1外圆加工工艺方法
外圆磨削加工时，在工件两端内孔装入芯轴，过盈配合，顶两端芯轴中心孔，精加工外圆，控制外圆Φ142圆柱度0.005。靠磨两端面，控制端面与外圆垂直度0.005以内，作为后序找正用。同时，在两端外圆50mm范围内（自端面起）磨出1∶300的锥度，作为后序装夹用。
4.2内孔加工工艺方法
由于零件外形直径尺寸较大，超出现有卡盘的夹持范围，为在现有机床上进行加工，结合工件结构特点，设计了组合式工装。该工装分为两部分，分别为夹持套和拉紧螺钉。其中夹持套具有2种，分别用于两端夹持；拉紧螺钉提供轴向力，用于夹持套及工件的夹紧。同时，为了减小零件回转时的摩擦，提高回转精度，又对中心架进行了改制，用2个高精度、窄系列的深沟球轴承取代原有中心架的两个支撑杆。
内孔加工流程简述如下：
（1）将零件装入夹持套（内孔与外圆锥度配作）、改装的中心架，用拉紧螺钉（4个）将零件压紧在夹持套中。
（2）找正外圆Φ142及端面在0.005以内，将改装的中心架固定好，保证零件回转顺利、无卡滞现象。
（3）精磨、精密磨内孔，控制台阶内孔尺寸Φ110H5（+0.0150）、Φ100H5（+0.0150）、Φ100（+0.0150）及圆柱度0.0035μm、粗糙度Ra0.4μm。同时对零件进行充分冷却，避免划伤、烧伤零件及引起热变形。
（4）掉头，重复（1）-（3）工步，加工另一端内孔Φ100JS6控制圆柱度0.0035μm、粗糙度Ra0.4μm。
5检测方法及实际加工效果
为检测两端内孔同轴度，采用间接测量法，以外圆Φ142为基准，检测两端内孔与外圆同轴度，通过计算法间接求出两端内孔同轴度，以及外圆对另一端内孔的同轴度。内孔尺寸检测，采用内径量表进行测量。零件成品检测结果如下：（1）尺寸精度及形位精度所有尺寸均达到设计要求；内孔圆柱度0.0035；端面对内孔的垂直度0.005。（2）表面粗糙度所有内孔表面：Ra0.4μm；端面：Ra0.8μm。
通过对高精度主轴轴承座的使用条件及图样进行了细致分析，并制定了总体精加工工艺方案，精加工采用了磨削加工，并对磨料、磨削参数、冷却液选用进行了分析，并设计了相应的磨削工装及检测芯轴。经检测，笔者所采取的加工方案及工艺措施可以满足高精度内孔的加工要求，加工质量稳定，为类似零件的加工提供借鉴。
6加工问题分析及解决办法
6.1针对加工问题提出解决方案。（1）加工前零件挖心，找正面困难，对此问题提出了对点重复找正的方法，找正加工面两侧的一段距离平行度在0.02以内。（2）对铝件的加工由于材质软，精度不好达到，采用了硬度较高的瓦尔特棒铣刀。（3）重新定做了分级心轴，保证了定心尺寸，消除了由于間隙较大配合产生的定位接触面过。小从而在加工中产生变形的问题。
6.2零件再次变形，分析可能原因。（1）加工时切削方式的问题，由于棒铣刀向下切屑（z轴方向）与内孔的径向方向一致，可能成为加工面变形，及内孔椭圆的原因。（2）可能是切削热产生的变形，也可能和其中橡胶的传热性能不良有关。（3）可能是工件本身的内应力没有进行足够的自然实效造成的变形。
6.3分析实验排除加工超差的干扰因素：（1）加工中心的装夹方式进行改变，定位压紧方式不变，自制夹具使零件内孔的轴线方向与加工中心z轴方向一致进行定位，找正后夹紧加工，效果不理想，排除（二-1）干扰因素。（2）防止热变形的产生，改变为线切割替代加工中心进行加工，采取同样的定位装夹方式，效果不理想，排除（二-2）干扰因素。
6.4排除干扰因素初步定为内应力产生的变形。对组件中零件1的加工调查，在加工本工序面的时候平行度要求0.02能够达到，同时由于领取的组件变形较大，可以判断是由于零件配合成组件时，由于胶圈的拉力产生的变形，在切削中平衡的内应力迅速释放导致零件变形。
7结束语
通过对高精度轴承座深孔磨削加工的研究，我们可以发现，该项工作理想效果的取得，有赖于对其多项影响因素与关键环节的充分掌控，有关人员应该从客观实际出发，充分利用既有优势资源与条件，研究制定最为符合实际的加工实施方案。
参考文献
[1]黄小华，徐建成.Pro/ENGINEER机械设计与制造[M].北京：电子工业出版社.2016（21）：88-89.
[2]申永胜.机械原理教程[M].北京：清华大学出版社，2005.
[关键词]高精度轴承座；深孔；磨削；加工
中图分类号：TG580.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）45-0027-01
1前言
随着高精度轴承应用条件的不断变化，对轴承座深孔磨削加工提出了新的要求，因此有必要对其相关课题展开深入研究与探讨，以期用以指导相关工作的开展与实践。基于此，本文从概述相关内容着手本课题的研究。
2概述
主轴轴承是精密轴承的典型代表，是主轴中的关键部件，其性能好坏直接影响机床整体加工精度。其中，高精度主轴轴承座的加工尤为重要，轴承座内外径尺寸精度对该机床主轴部件的性能影响显著，并且由于轴承座的内径直接和主轴轴承的外径进行配合安装，若其内径加工后实际尺寸大于设计尺寸，则导致装配间隙过大，主轴完成装配后，高速加工时主轴回转精度降低，甚至出现振动及异响导致主轴部件损坏；若其内径加工后实际尺寸小于设计尺寸，则导致使装配间隙过小，主轴完成装配后，高速加工时主轴温升过高，烧坏轴承，影响主轴部件的使用寿命。因此，对此高精度主轴轴承座的精加工质量必须严格控制。
3精加工工艺方法分析
3.1精加工总体加工方案
通过对该零件的工艺图样进行分析，确定了采用磨削加工作为该零件的精加工工艺方法，具体加工方法如下：
（1）由于尺寸精度及形位公差精度要求高，因此采用迭代加工，以零件外圆、内孔互为基准，经粗磨、半精磨、精磨、精密磨，反复对外圆及内孔进行小量的磨削加工，逐步提高工件的基准精度，从而完成高精度表面加工。
（2）以该零件外圆为基准，分别找正外圆在0.005mm以内，掉头，加工另一端内孔，控制两端内孔的尺寸要求及同轴度要求达图。
（3）配磨内孔芯轴，顶两端芯轴中心孔，精磨外圆，控制外圆Φ142尺寸的圆柱度在0.005mm内。
3.2具体加工措施
3.2.1砂轮材料选择
对于精密磨削加工，磨料的选择非常重要。依据工件的材料特性及磨削机理，选择适宜的磨料可使其在磨削过程中保持良好的微刃特性，从而获得较高的表面质量。在该轴承座的加工中，依据材料40Cr，选择刚玉（WA）磨料。为兼顾加工效率及表面质量，各工步间磨料选择如下：
（1）粗磨、半精磨外圆选用WA60K砂轮。
（2）精磨、精密磨外圆选用WA80K砂轮。
（3）粗磨、半精磨内孔选用WA46J砂轮。
（4）精磨、精密磨内孔选用WA60K砂轮。
3.2.2磨削参数
本次加工的切削参数为：进给量f为30-50mm/min，切深ap为0.002-0.005mm。磨外圆时，切削速度v为35m/s，磨内孔，切削速度v为20m/s。
3.2.3冷却液选择
冷却液采用水质冷却液。水质冷却液既具有较好的冷却润滑效果，同时还具有较好的冲刷效果，可以将细小的切屑及时冲走，避免切屑划伤已加工表面。
4具体加工工艺
4.1外圆加工工艺方法
外圆磨削加工时，在工件两端内孔装入芯轴，过盈配合，顶两端芯轴中心孔，精加工外圆，控制外圆Φ142圆柱度0.005。靠磨两端面，控制端面与外圆垂直度0.005以内，作为后序找正用。同时，在两端外圆50mm范围内（自端面起）磨出1∶300的锥度，作为后序装夹用。
4.2内孔加工工艺方法
由于零件外形直径尺寸较大，超出现有卡盘的夹持范围，为在现有机床上进行加工，结合工件结构特点，设计了组合式工装。该工装分为两部分，分别为夹持套和拉紧螺钉。其中夹持套具有2种，分别用于两端夹持；拉紧螺钉提供轴向力，用于夹持套及工件的夹紧。同时，为了减小零件回转时的摩擦，提高回转精度，又对中心架进行了改制，用2个高精度、窄系列的深沟球轴承取代原有中心架的两个支撑杆。
内孔加工流程简述如下：
（1）将零件装入夹持套（内孔与外圆锥度配作）、改装的中心架，用拉紧螺钉（4个）将零件压紧在夹持套中。
（2）找正外圆Φ142及端面在0.005以内，将改装的中心架固定好，保证零件回转顺利、无卡滞现象。
（3）精磨、精密磨内孔，控制台阶内孔尺寸Φ110H5（+0.0150）、Φ100H5（+0.0150）、Φ100（+0.0150）及圆柱度0.0035μm、粗糙度Ra0.4μm。同时对零件进行充分冷却，避免划伤、烧伤零件及引起热变形。
（4）掉头，重复（1）-（3）工步，加工另一端内孔Φ100JS6控制圆柱度0.0035μm、粗糙度Ra0.4μm。
5检测方法及实际加工效果
为检测两端内孔同轴度，采用间接测量法，以外圆Φ142为基准，检测两端内孔与外圆同轴度，通过计算法间接求出两端内孔同轴度，以及外圆对另一端内孔的同轴度。内孔尺寸检测，采用内径量表进行测量。零件成品检测结果如下：（1）尺寸精度及形位精度所有尺寸均达到设计要求；内孔圆柱度0.0035；端面对内孔的垂直度0.005。（2）表面粗糙度所有内孔表面：Ra0.4μm；端面：Ra0.8μm。
通过对高精度主轴轴承座的使用条件及图样进行了细致分析，并制定了总体精加工工艺方案，精加工采用了磨削加工，并对磨料、磨削参数、冷却液选用进行了分析，并设计了相应的磨削工装及检测芯轴。经检测，笔者所采取的加工方案及工艺措施可以满足高精度内孔的加工要求，加工质量稳定，为类似零件的加工提供借鉴。
6加工问题分析及解决办法
6.1针对加工问题提出解决方案。（1）加工前零件挖心，找正面困难，对此问题提出了对点重复找正的方法，找正加工面两侧的一段距离平行度在0.02以内。（2）对铝件的加工由于材质软，精度不好达到，采用了硬度较高的瓦尔特棒铣刀。（3）重新定做了分级心轴，保证了定心尺寸，消除了由于間隙较大配合产生的定位接触面过。小从而在加工中产生变形的问题。
6.2零件再次变形，分析可能原因。（1）加工时切削方式的问题，由于棒铣刀向下切屑（z轴方向）与内孔的径向方向一致，可能成为加工面变形，及内孔椭圆的原因。（2）可能是切削热产生的变形，也可能和其中橡胶的传热性能不良有关。（3）可能是工件本身的内应力没有进行足够的自然实效造成的变形。
6.3分析实验排除加工超差的干扰因素：（1）加工中心的装夹方式进行改变，定位压紧方式不变，自制夹具使零件内孔的轴线方向与加工中心z轴方向一致进行定位，找正后夹紧加工，效果不理想，排除（二-1）干扰因素。（2）防止热变形的产生，改变为线切割替代加工中心进行加工，采取同样的定位装夹方式，效果不理想，排除（二-2）干扰因素。
6.4排除干扰因素初步定为内应力产生的变形。对组件中零件1的加工调查，在加工本工序面的时候平行度要求0.02能够达到，同时由于领取的组件变形较大，可以判断是由于零件配合成组件时，由于胶圈的拉力产生的变形，在切削中平衡的内应力迅速释放导致零件变形。
7结束语
通过对高精度轴承座深孔磨削加工的研究，我们可以发现，该项工作理想效果的取得，有赖于对其多项影响因素与关键环节的充分掌控，有关人员应该从客观实际出发，充分利用既有优势资源与条件，研究制定最为符合实际的加工实施方案。
参考文献
[1]黄小华，徐建成.Pro/ENGINEER机械设计与制造[M].北京：电子工业出版社.2016（21）：88-89.
[2]申永胜.机械原理教程[M].北京：清华大学出版社，2005.