轉(zhuǎn)臺液壓馬達精密加工裝配關(guān)鍵技術(shù)研究

液壓馬達是電液混合驅(qū)動五軸仿真轉(zhuǎn)臺的核心部件，本文從工程實踐的角度出發(fā)，分析液壓馬達制造工藝關(guān)鍵技術(shù)難點，論述針對技術(shù)難點的工藝解決方案，并簡述工藝流程。液壓仿真轉(zhuǎn)臺是制導系統(tǒng)半實物仿真試驗的主要設備，具有重大經(jīng)濟價值和國防戰(zhàn)略意義。液壓馬達作為仿真轉(zhuǎn)臺的核心部件，其制造工藝直接關(guān)系到轉(zhuǎn)臺性能優(yōu)劣，是決定研制成敗與否的關(guān)鍵技術(shù)之一。近年來，本單位成功研制了多臺電液混合驅(qū)動五軸仿真轉(zhuǎn)臺，開辟了產(chǎn)品高端市場，是本單位在技術(shù)創(chuàng)新道路上的又一個重要里程碑，也標志著液壓馬達制造技術(shù)日臻成熟。在液壓馬達制造過程中，本單位解決了諸多工藝技術(shù)難題，積累了不少有價值的研制經(jīng)驗。受篇幅所限，本文力求化繁為簡，僅從工程實踐的角度出發(fā)，分析單葉片擺動式液壓馬達制造工藝關(guān)鍵技術(shù)難點，論述針對技術(shù)難點的工藝解決方案，并簡述工藝流程，以期窺一斑而知全豹。筆者旨在闡述解決關(guān)鍵技術(shù)問題的工藝思路，刪減了與此無關(guān)的圖樣結(jié)構(gòu)及工藝內(nèi)容（包括具體工序、工藝參數(shù)、操作細節(jié)及注意事項等）。1.關(guān)鍵技術(shù)難點分析（1）液壓馬達機械結(jié)構(gòu)如圖1所示，除外購件軸承9外，主軸11、前軸承座8、定子7、后軸承座6和定葉片3也是構(gòu)成液壓馬達組件的主要零件。前、后軸承座與定子使用螺栓聯(lián)接，相鄰兩件安裝定位銷4，定葉片與定子使用螺釘聯(lián)接并安裝定位銷2，零件配合處裝有密封元件。與以往同類項目不同，為了提高可靠性，主軸改為集成了動葉片結(jié)構(gòu)1（以下簡稱“動葉片”）的整體結(jié)構(gòu)形式。圖1液壓馬達組件1—主軸動葉片結(jié)構(gòu)2—定位銷3—定葉片4—定位銷5—后軸承蓋6—后軸承座

7—定子8—前軸承座9—軸承10—前軸承蓋11—主軸

（2）關(guān)鍵工藝技術(shù)難點

不以實現(xiàn)裝配指標為最終目的的過度加工是浪費，而缺乏精密加工支撐保障的裝配則是空談。工藝審圖不能片面局限于零件圖樣技術(shù)要求，而應該看清裝配關(guān)系，理解掌握機械技術(shù)指標，透徹領(lǐng)悟設計總體意圖，才能抓住重點、有的放矢。通過分析液壓馬達組件圖樣，可認識到液壓馬達制造存在以下三個關(guān)鍵工藝技術(shù)難點。

1）保證零件配合間隙要求：如圖1所示，設計圖樣對動葉片與前、后軸承座的軸向間隙Ⅳ、定葉片與前、后軸承座的軸向間隙Ⅲ、動葉片與定葉片的徑向間隙Ⅱ及動葉片與定子的徑向間隙Ⅰ均提出了明確的技術(shù)要求。如果配合間隙過大會造成進、回油腔之間的泄漏，配合間隙過小則會因加工精度限制和密封圈壓縮率增大造成摩擦力矩增大，兩者都將嚴重降低液壓馬達的性能指標，甚至導致研制失敗。因此，必須嚴格控制關(guān)鍵零件加工精度，保證零件配合間隙適度。2）保證組件定位孔的同軸度：組件定位孔由前、后軸承座的軸承定位孔及定子內(nèi)孔構(gòu)成，其同軸度直接影響到軸系回轉(zhuǎn)精度及徑向間隙，按照軸系回轉(zhuǎn)精度指標，同軸度應＜φ0.01mm，但是，前、后軸承座和定子的聯(lián)接螺栓與螺釘孔的間隙較大，螺釘孔與基準軸線也存在位置度偏差，起不到定位作用。因此，必須選擇精確的定位方法，保證組件定位孔同軸。3）保證動葉片軸向尺寸對中：動葉片軸向尺寸對中，即動葉片與前、后軸承座的軸向單邊間隙均等。轉(zhuǎn)臺軸系裝配需要通過修配軸承蓋消除加工累積誤差，同時對軸承加預緊消除軸承的軸向竄動，提高軸系回轉(zhuǎn)精度。按照液壓馬達的機械結(jié)構(gòu)設計，軸承內(nèi)圈端面與前、后軸承座孔內(nèi)端面均存在間隙，主軸動葉片兩端均為自由端，如果通過測量裝配尺寸鏈其他各組成環(huán)實際尺寸確定軸承蓋的配車量，會產(chǎn)生測量誤差。因此必須采用合理的工藝方法，保證動葉片軸向尺寸對中。

上述三個問題決定了液壓馬達能否正常工作和轉(zhuǎn)臺軸系回轉(zhuǎn)精度指標能否實現(xiàn)，必須針對技術(shù)難點展開研究，制定合理的工藝方案。

精密加工是高精度產(chǎn)品制造的基礎(chǔ)，而受到加工精度限制，產(chǎn)品的高精度指標往往需要依靠精密裝配手段實現(xiàn)。在工程實踐中，精密加工和精密裝配相輔相成、難以分割，本案正是綜合運用了兩者相結(jié)合的工藝方法，才妥善解決了上述技術(shù)難題。

2.關(guān)鍵零件精密加工工藝方案針對工藝技術(shù)難點分析，結(jié)合本單位現(xiàn)有精加工設備及操作者能夠熟練掌握的加工技能，確定主軸上與定葉片相配的圓弧面加工精度由數(shù)控臥式坐標鏜銑床精加工后再研磨加工完成，其他配合面的加工精度分別由S-40數(shù)控外圓磨床、CNC150數(shù)控內(nèi)圓磨床、平面磨床及研磨加工完成，采取配磨方式保證零件配合間隙。

在此基礎(chǔ)上精心編制了零件加工工藝，其中主軸、定子和定葉片（見圖2～圖4）三個關(guān)鍵零件均安排有二十多道工序，做到既不遺漏任何一個加工要素，也沒有任何一道工序多余；設計了專用的精加工工裝、測量工裝和研磨工裝，分別用于解決主軸精加工重復裝夾的定位問題、磨削加工的配平和測量問題，以及提高主軸精加工后的圓柱度、粗糙度；根據(jù)零件不同的加工方法，理清了配磨工序的順序，各零件配磨尺寸的加工、測量和傳遞在工藝安排中環(huán)環(huán)相扣、條理分明，既保證了加工精度，又便于組織生產(chǎn)。

圖2中，A為動葉片軸向尺寸，B為與定葉片相配的圓弧直徑，C為與定子相配的圓弧直徑；圖3中，D為定子厚度尺寸，為與轉(zhuǎn)臺框架相配的外圓直徑，F(xiàn)為定子孔徑，G為加工定位端面；圖4中，H為定葉片厚度尺寸，I為定葉片外圓弧直徑，J為定葉片內(nèi)圓弧直徑，K為加工定位端面。下面圍繞控制零件配合間隙的加工精度問題，對精密加工工藝加以詳細說明。圖2主軸圖3定子

圖4定葉片注：零件割開前為圓環(huán)形（虛線＋內(nèi)外圓弧實線）、割開后為扇形（實線部分）（1）配磨工序順序①將定子厚度尺寸D、孔徑尺寸φ精磨到公差要求。②以定子厚度尺寸D為基準，根據(jù)軸向間隙Ⅳ設計要求值，確定動葉片軸向配磨尺寸A。③以定子厚度尺寸為基準，根據(jù)軸向間隙Ⅲ設計要求值，確定定葉片厚度H配磨尺寸。④以定子孔徑φF為基準，根據(jù)徑向間隙Ⅰ設計要求值，確定動葉片圓弧直徑φC配磨尺寸。⑤以定子孔徑φF為基準，確定定葉片外圓弧直徑φI配磨尺寸。⑥將動葉片圓弧直徑φB精加工到公差要求并精研。⑦以動葉片圓弧直徑φB為基準，根據(jù)徑向間隙Ⅱ設計要求值，確定定葉片內(nèi)圓弧直徑J配磨尺寸。

（2）關(guān)鍵零件精加工工藝過程關(guān)鍵零件包括主軸、定子和定葉片，精加工工藝流程如下：1）主軸精加工工藝流程：粗磨各軸段外圓（包括圓弧φC）并靠磨臺階端面→低溫時效處理→精加工圓弧φB到尺寸→粗研圓弧φB→輝光離子氮化→精磨各軸段外圓并磨圓弧φC按定子孔徑φF實測值配間隙、磨尺寸A按定子厚度尺寸D實測值配間隙→精研圓弧φB→檢驗測量記錄圓弧φB實際尺寸。2）定子精加工工藝流程：粗磨厚度尺寸D兩端面、外圓φ和內(nèi)孔φF→輝光離子氮化→精磨面到尺寸→研磨G面→精磨外圓φE、內(nèi)孔φF及厚度D到尺寸→研磨厚度尺寸D兩端面→檢驗測量并記錄厚度D、孔徑φF實際尺寸→與定葉片組合加工定位銷孔。3）定葉片精加工工藝流程：粗磨厚度尺寸H兩端面、外圓φ和內(nèi)孔φJ→低溫時效→半精磨厚度尺寸H兩端面→粗研K面→半精磨內(nèi)孔φJ、外圓φI→輝光離子氮化→精磨K面→精研K面→精磨內(nèi)孔φJ按動葉片圓弧φB實測值配間隙、外圓φI按定子孔徑φ實測值配間隙→按劃線割開成扇形→精磨尺寸H按定子厚度尺寸實測值配間隙→與定子組合加工定位銷孔。3.關(guān)鍵裝配工序工藝方案保證組件定位孔同軸和動葉片軸向尺寸對中是液壓馬達裝配的兩個關(guān)鍵工序。（1）保證組件定位孔同軸的裝配工藝方案裝配工藝方案主要有三種不同觀點：1）優(yōu)化零件設計，增加定位結(jié)構(gòu)：前、后軸承座增加定位凸臺，精磨定位凸臺與軸承定位孔同軸，定子兩面相對應增加定位凹槽，使用大孔磨與定子內(nèi)孔一次磨出同軸，組件定位孔同軸完全依靠零件加工精度實現(xiàn)。這種工藝思路省去了較繁瑣的裝調(diào)工序，值得在今后的液壓馬達設計制造中考慮改進提升，但是設計圖樣更改較大，而且定位結(jié)構(gòu)配合間隙的實際加工精度較難達到定位要求，不適合在現(xiàn)有生產(chǎn)條件下實施。

2）采用組合加工方法：將前、后軸承座分別與定子組裝后再精磨內(nèi)孔，這樣可以減少裝調(diào)工作量，但這種工藝方法需要在定子內(nèi)孔與軸承座聯(lián)接處增加退刀槽，增加了泄漏風險，而且部分規(guī)格的液壓馬達定子是鋁件，無法與鋼質(zhì)材料的軸承座組合在一起精磨，因此，組合加工方法針對此組件并不適用。3）裝配調(diào)整與精密加工結(jié)合：分別精磨前、后軸承座的軸承定位孔及定子內(nèi)孔，并光出軸承座中心孔作為過渡基準孔，再上立式坐標鏜校組件定位孔同軸，在精密加工的基礎(chǔ)上完成裝配調(diào)整，調(diào)整到位后打入定位銷，保證組件拆裝后定位孔同軸度的重復性。

最終本單位選擇裝配調(diào)整與精密加工結(jié)合的工藝方案，經(jīng)實踐證明切實可用。

（2）保證組件定位孔同軸的裝配工藝流程①將前軸承座與定子組裝在一起，用螺栓聯(lián)接。②上立鏜，等高塊墊定子定位，先校定子孔找正中心，再以軸承座中心孔作為過渡基準孔，校軸承定位孔同軸＜φ0.01mm，擰緊螺栓。③將組件翻面，以前軸承座定位，打表復驗軸承定位孔與定子內(nèi)孔同軸。④再次將組件翻面，鉆銷孔。⑤下立鏜，鉗工鉸銷孔并打入定位銷。⑥將組件置于單軸轉(zhuǎn)臺臺面上，復驗軸承定位孔與定子內(nèi)孔同軸。⑦將后軸承座與定子組裝在一起，再按上述步驟①至⑥操作。

（3）動葉片軸向尺寸對中裝配工藝方案在前、后軸承座組件、定子和主軸相關(guān)軸向尺寸及軸向間隙Ⅳ組成的裝配尺寸鏈中，各組成環(huán)對應的零件軸向尺寸公差等級都較高，但是封閉環(huán)（即軸向間隙Ⅳ）仍然不可避免地存在加工累積誤差。如果按照完全互換法分配裝配尺寸鏈各組成環(huán)尺寸公差，則零件加工的公差等級要求過高不合理。因此，精密加工可以保證動葉片軸向尺寸A與定子厚度D的差值，而動葉片軸向尺寸對中應該采用修配法完成。

加工累積誤差和軸承預緊是影響動葉片軸向尺寸對中的兩個主要因素，因此考慮先將動葉片與前、后軸承座的軸向單邊間隙均調(diào)整到位，在軸承不加預緊的狀態(tài)下，直接測量軸承座端面與軸承端面的臺階差，再加上軸承預緊量確定軸承蓋配車量。這樣做避免了軸承預緊對修配尺寸測量的影響，簡化了測量環(huán)節(jié)，減少了測量誤差，在消除加工累積誤差并保證軸承預緊量的前提下，保證動葉片軸向尺寸對中。

為了防止裝配操作失誤造成間隙調(diào)整不當或變動，影響軸承蓋配車量的測量準確度，在裝配過程中還安排了多個驗證步驟。選擇主軸左端面和前軸承座左端面作為裝配基準面，在零件精加工過程中安排工序精磨（精研）上述兩個端面，保證其平面度及與基準軸線的垂直度。兩個端面的距離L是裝配基準尺寸，用于復驗動葉片軸向尺寸對中是否合格，在軸承加預緊裝配過程前后對L值進行測量比對，如不變或微變則說明測量和修配尺寸準確，軸承預緊等裝配過程未對動葉片軸向尺寸對中造成影響，前、后軸承座及動葉片三件之間的間隙合理。

（4）動葉片軸向尺寸對中裝配工藝流程①確定支撐高度，以主軸右端面定位豎立在大理石平臺上，測量動葉片左端臺階端面的高度，參照此高度選擇并使用等高塊及千斤頂支撐定子。②調(diào)整單邊間隙，按單邊間隙值調(diào)整千斤頂使定子左端面高于動葉片左端臺階端面，并校平定子左端面。③組裝（以下至步驟⑩所有密封圈均暫不安裝），將前軸承座裝在定子上，打入定位銷并用螺栓將兩件緊固，將軸承裝入主軸，將未配車的前軸承蓋裝在前軸承座上，用螺釘聯(lián)接并輕輕帶緊。④驗證，表頭在前軸承座與定子組件的下方，打表測量動葉片右端臺階端面與定子右端面的間隙，驗證步驟③間隙調(diào)整得是否合適。⑤確定前軸承蓋配車量，拆下前軸承蓋，再次測量動葉片右端臺階端面與定子右端面的間隙進行驗證，確定未變化后再測量前軸承座左端面與軸承左端面的臺階差，并加上軸承預緊量確定前端蓋配車量。⑥測量裝配基準尺寸，測量主軸左端面與前軸承座左端面的距離L并記錄。⑦翻面，將配車后的前軸承蓋裝上并輕輕帶緊螺釘，翻轉(zhuǎn)前軸承座與定子組件，以主軸左端面定位放在大理石平臺上，前軸承座下方加等高塊及千斤頂支撐。⑧驗證，測量定子右端面與動葉片右端臺階端面的間隙，驗證翻面操作后間隙未變化。⑨確定后軸承蓋配車量，將后軸承座及軸承裝上，測量后軸承座右端面與軸承右端面的臺階差，并加上軸承預緊量確定后軸承蓋配車量。⑩復驗，將配車后的后軸承蓋裝上并擰緊前、后軸承蓋安