等速万向节球笼保持架窗孔磨削技术

　　摘　要：介绍了采用定距装刀法（调整法）及高速磨削技术对轿车驱动轴等速万向节球笼保持架窗孔进行磨削加工的方法。此法可方便、经济、高效地完成保持架窗孔的磨削加工。
　　关键词：球笼保持架；定距装刀法；磨削
　　传动轴等速万向节总成是轿车的关键部件，其中万向节球笼保持架窗孔磨削加工是制约等速万向节总成生产的瓶颈之一。如何低成本、高效磨削球笼保持架窗孔是等速万向节生产厂家急需解决的难题。本文将介绍采用定距装刀法（调整法）及高速磨削技术对球笼保持架窗孔进行磨削加工的方法。
　　1　万向节球笼保持架的结构及工艺特点
　　万向节球笼保持架是由内、外球面及两个平面构成的形体（如图1所示）。在该形体上均布有6个腰形孔。根据腰形孔磨削面长度L的不同，将球笼保持架分为6等孔球笼保持架和2个大孔、4个小孔球笼保持架两大类。每类保持架按规格、要求不同又有许多品种以适应不同用途。该零件材质为渗碳钢，磨削前其表面热处理硬度为58～62HRC。球笼保持架窗口尺寸精度（图1中尺寸b）一般在±0.0075～±0.02mm之间，窗口至基准面尺寸（图1中尺寸a）分散度要求在±0.01～±0.02mm之间。窗口磨削面粗糙度要求达到Ra0.8～1.6μm。此类零件通常采用两种方法加工：一种是手工操作方法，即在经过相应改造的万能工具磨床等类似机床上进行加工。该方法效率低、废品率高、精度不稳定；另一种是在进口专用设备上进行加工。此法效率高、精度稳定，但更换品种调整复杂、周期长、维修困难、工件加工成本高，并且对球笼保持架窗口磨削的前道工序要求较严（磨削余量要求控制在0.05～0.1mm，含热处理变形成0.02～0.03mm），给生产厂家带来很多困难，因而该类设备在国内万向节制造行业的应用受到了很大限制。 　　2　采用定距装刀法（调整法）保证球笼保持架窗口尺寸精度
　　一般来讲，数控磨床的加工精度取决于数控轴的定位精度、重复定位精度、Z小进给量以及砂轮修整的补偿误差和磨削过程中砂轮的损耗。用此类磨床加工球笼保持架窗孔，往往不能满足和达到工件精度及加工效率的要求。在数控专用球笼保持架窗孔磨床上采用定距装刀法（调整法），可快速、稳定地保证球笼保持架窗孔加工尺寸精度。
　　为采用定距装刀法（调整法），数控专用球笼窗孔磨床可作以下运动（参见图2）：磨削头4沿砂轮轴纵向移动（X轴）、磨削头4沿砂轮轴垂直方向（Y向）、横向移动（手动调整）、头架2主轴回转（A轴）。工件通过夹具5安装在数控头架2的主轴上。为消除夹具制造、安装误差对工件定位精度的影响，夹具定位面在机床上可自磨。磨床具有两个磨削头（砂轮），分别加工球笼保持架窗孔的两个加工面。用设置的两个千分表6（示值精度为0.001mm）观测砂轮3与球笼保持架即头架2主轴端夹具定位面之间相对位置的变化情况。按下述方法调整砂轮位置：转动手轮11沿横向分别移动两磨削头4，使两个砂轮的前后侧母线分别处于工件加工面位置，保证窗孔尺寸a、b（参见图1），两磨削头在X、X′方向作轴向运动，工件回转、分度，进行试切削；用块规、杠杆千分表或塞规等其他仪器对试切工件基准尺寸a和窗孔宽度b进行测量;重复试切前，在两个千分表监测下沿Y、Y′方向手动调整砂轮位置，直至保证加工尺寸精度达到要求。一般试切2～3次，以确定CBN砂轮与工件的正确相对位置。更换加工品种时，采用上述方法可快速完成精度调整，约需30～50min，之后可进行正常磨削。在批量磨削过程中，通过两个千分表分别监控由于机床变形引起的CBN砂轮与工件相对位置的变化情况。当CBN砂轮的微量磨损及机床热变形引起加工工件尺寸变化时，在千分表监测下，沿Y、Y′方向手动调整磨削头予以补偿。每次调整完成后均需将横向滑板予以锁紧，使CBN砂轮始终处于正确位置，稳定地保证窗孔加工尺寸精度。 　　3　万向节球笼保持架窗孔的磨削加工
　　按上述方法调整好砂轮与工件即工件定位面之间的相互位置后，即可进行批量加工。工件如图2所示安装，沿Z向按下机械定位件1，转动工件使之周向定位（确定窗孔方向），确定保持架窗孔初始位置。之后在弹簧力作用下，定位件向上复位离开工件；在气缸作用下，通过拉杆10带动压紧件9气动夹紧工件。启动程序，砂轮架快速靠近工件，头架主轴回转，冷却液打开，工件在待磨削面的整个长度上进行全程快速往复摆动（摆角2α），摆动频率为4～5次/s（视保持架窗孔加工面长短不同，摆动频率有所不同）。工件每摆动一个摆角2α，砂轮向前移动一定距离t，此时工件回转与砂轮移动形成插补运动。砂轮在磨削面的移动轨迹如图3所示。如此快速往复摆动25～30次，便完成一个窗口的加工。砂轮快速退回，工件旋转60°进行分度，按上述方法磨削下一个窗孔。6个窗孔磨削完成后，磨头返回原位，冷却关闭，程序结束，气动松开工件。 　　文中工件采用数控回转、分度，能方便调整保持架窗口磨削行程，故可磨削6等孔和2大孔、4小孔两大类球笼保持架窗口。X、X′数控轴只控制砂轮的轴向运动，其Z小进给量、定位误差、重复定位误差均对加工尺寸精度没有影响。为提高磨床磨削刚性，在提高夹持工件的头架及磨削头等机构刚性外，砂轮横向调整后横向滑板锁紧，Z大可一次切除0.3mm的余量，大大降低了对保持架窗口磨削的余量要求。砂轮采用电镀CBN砂轮，磨粒突出高，金属切除率高，能满足大余量切削需要。磨削头采用高频电主轴，由高频变频器驱动，主轴转速为60000r/min，砂轮线速度达45～50m/s，以适应高速磨削。磨削时砂轮不修整，磨削粗糙度值较小。为了提高加工表面质量，按上述磨削方法进行工件快速摆动、砂轮细进给，并配置压力为1.2MPa、流量为50L/min的冷却液进行冷却。采用以上技术可保证保持架窗孔加工表面的质量及满足加工效率的要求。
　　4　结束语
　　采用定距装刀法（调整法）及高压大流量冷却、电镀CBN砂轮高速、深切磨削技术，可方便、经济、高效地完成对各类球笼保持架窗孔的磨削加工，保证工件的精度要求，满足驱动轴万向节生产的需求。采用上述方法研制的专用、高效球笼保持架窗孔磨床便于操作，更换工件品种时间短，加工范围宽，适应性强。可广泛应用于轿车驱动轴万向节生产厂家，以降低生产成本，为万向节出口及满足国内轿车生产提供可靠设备。
　　本文在编写过程中，得到了咸阳机床厂鱼广民同志的支持，在此表示感谢。