转台液压马达精密加工装配关键技术研究

液压马达是电液混合驱动五轴仿真转台的核心部件，本文从工程实践的角度出发，分析液压马达制造工艺关键技术难点，论述针对技术难点的工艺解决方案，并简述工艺流程。液压仿真转台是制导系统半实物仿真试验的主要设备，具有重大经济价值和国防战略意义。液压马达作为仿真转台的核心部件，其制造工艺直接关系到转台性能优劣，是决定研制成败与否的关键技术之一。近年来，本单位成功研制了多台电液混合驱动五轴仿真转台，开辟了产品高端市场，是本单位在技术创新道路上的又一个重要里程碑，也标志着液压马达制造技术日臻成熟。在液压马达制造过程中，本单位解决了诸多工艺技术难题，积累了不少有价值的研制经验。受篇幅所限，本文力求化繁为简，仅从工程实践的角度出发，分析单叶片摆动式液压马达制造工艺关键技术难点，论述针对技术难点的工艺解决方案，并简述工艺流程，以期窥一斑而知全豹。笔者旨在阐述解决关键技术问题的工艺思路，删减了与此无关的图样结构及工艺内容（包括具体工序、工艺参数、操作细节及注意事项等）。1.关键技术难点分析（1）液压马达机械结构如图1所示，除外购件轴承9外，主轴11、前轴承座8、定子7、后轴承座6和定叶片3也是构成液压马达组件的主要零件。前、后轴承座与定子使用螺栓联接，相邻两件安装定位销4，定叶片与定子使用螺钉联接并安装定位销2，零件配合处装有密封元件。与以往同类项目不同，为了提高可靠性，主轴改为集成了动叶片结构1（以下简称“动叶片”）的整体结构形式。图1液压马达组件1—主轴动叶片结构2—定位销3—定叶片4—定位销5—后轴承盖6—后轴承座

7—定子8—前轴承座9—轴承10—前轴承盖11—主轴

（2）关键工艺技术难点

不以实现装配指标为最终目的的过度加工是浪费，而缺乏精密加工支撑保障的装配则是空谈。工艺审图不能片面局限于零件图样技术要求，而应该看清装配关系，理解掌握机械技术指标，透彻领悟设计总体意图，才能抓住重点、有的放矢。通过分析液压马达组件图样，可认识到液压马达制造存在以下三个关键工艺技术难点。

1）保证零件配合间隙要求：如图1所示，设计图样对动叶片与前、后轴承座的轴向间隙Ⅳ、定叶片与前、后轴承座的轴向间隙Ⅲ、动叶片与定叶片的径向间隙Ⅱ及动叶片与定子的径向间隙Ⅰ均提出了明确的技术要求。如果配合间隙过大会造成进、回油腔之间的泄漏，配合间隙过小则会因加工精度限制和密封圈压缩率增大造成摩擦力矩增大，两者都将严重降低液压马达的性能指标，甚至导致研制失败。因此，必须严格控制关键零件加工精度，保证零件配合间隙适度。2）保证组件定位孔的同轴度：组件定位孔由前、后轴承座的轴承定位孔及定子内孔构成，其同轴度直接影响到轴系回转精度及径向间隙，按照轴系回转精度指标，同轴度应＜φ0.01mm，但是，前、后轴承座和定子的联接螺栓与螺钉孔的间隙较大，螺钉孔与基准轴线也存在位置度偏差，起不到定位作用。因此，必须选择精确的定位方法，保证组件定位孔同轴。3）保证动叶片轴向尺寸对中：动叶片轴向尺寸对中，即动叶片与前、后轴承座的轴向单边间隙均等。转台轴系装配需要通过修配轴承盖消除加工累积误差，同时对轴承加预紧消除轴承的轴向窜动，提高轴系回转精度。按照液压马达的机械结构设计，轴承内圈端面与前、后轴承座孔内端面均存在间隙，主轴动叶片两端均为自由端，如果通过测量装配尺寸链其他各组成环实际尺寸确定轴承盖的配车量，会产生测量误差。因此必须采用合理的工艺方法，保证动叶片轴向尺寸对中。

上述三个问题决定了液压马达能否正常工作和转台轴系回转精度指标能否实现，必须针对技术难点展开研究，制定合理的工艺方案。

精密加工是高精度产品制造的基础，而受到加工精度限制，产品的高精度指标往往需要依靠精密装配手段实现。在工程实践中，精密加工和精密装配相辅相成、难以分割，本案正是综合运用了两者相结合的工艺方法，才妥善解决了上述技术难题。

2.关键零件精密加工工艺方案针对工艺技术难点分析，结合本单位现有精加工设备及操作者能够熟练掌握的加工技能，确定主轴上与定叶片相配的圆弧面加工精度由数控卧式坐标镗铣床精加工后再研磨加工完成，其他配合面的加工精度分别由S-40数控外圆磨床、CNC150数控内圆磨床、平面磨床及研磨加工完成，采取配磨方式保证零件配合间隙。

在此基础上精心编制了零件加工工艺，其中主轴、定子和定叶片（见图2～图4）三个关键零件均安排有二十多道工序，做到既不遗漏任何一个加工要素，也没有任何一道工序多余；设计了专用的精加工工装、测量工装和研磨工装，分别用于解决主轴精加工重复装夹的定位问题、磨削加工的配平和测量问题，以及提高主轴精加工后的圆柱度、粗糙度；根据零件不同的加工方法，理清了配磨工序的顺序，各零件配磨尺寸的加工、测量和传递在工艺安排中环环相扣、条理分明，既保证了加工精度，又便于组织生产。

图2中，A为动叶片轴向尺寸，B为与定叶片相配的圆弧直径，C为与定子相配的圆弧直径；图3中，D为定子厚度尺寸，为与转台框架相配的外圆直径，F为定子孔径，G为加工定位端面；图4中，H为定叶片厚度尺寸，I为定叶片外圆弧直径，J为定叶片内圆弧直径，K为加工定位端面。下面围绕控制零件配合间隙的加工精度问题，对精密加工工艺加以详细说明。图2主轴图3定子

图4定叶片注：零件割开前为圆环形（虚线＋内外圆弧实线）、割开后为扇形（实线部分）（1）配磨工序顺序①将定子厚度尺寸D、孔径尺寸φ精磨到公差要求。②以定子厚度尺寸D为基准，根据轴向间隙Ⅳ设计要求值，确定动叶片轴向配磨尺寸A。③以定子厚度尺寸为基准，根据轴向间隙Ⅲ设计要求值，确定定叶片厚度H配磨尺寸。④以定子孔径φF为基准，根据径向间隙Ⅰ设计要求值，确定动叶片圆弧直径φC配磨尺寸。⑤以定子孔径φF为基准，确定定叶片外圆弧直径φI配磨尺寸。⑥将动叶片圆弧直径φB精加工到公差要求并精研。⑦以动叶片圆弧直径φB为基准，根据径向间隙Ⅱ设计要求值，确定定叶片内圆弧直径J配磨尺寸。

（2）关键零件精加工工艺过程关键零件包括主轴、定子和定叶片，精加工工艺流程如下：1）主轴精加工工艺流程：粗磨各轴段外圆（包括圆弧φC）并靠磨台阶端面→低温时效处理→精加工圆弧φB到尺寸→粗研圆弧φB→辉光离子氮化→精磨各轴段外圆并磨圆弧φC按定子孔径φF实测值配间隙、磨尺寸A按定子厚度尺寸D实测值配间隙→精研圆弧φB→检验测量记录圆弧φB实际尺寸。2）定子精加工工艺流程：粗磨厚度尺寸D两端面、外圆φ和内孔φF→辉光离子氮化→精磨面到尺寸→研磨G面→精磨外圆φE、内孔φF及厚度D到尺寸→研磨厚度尺寸D两端面→检验测量并记录厚度D、孔径φF实际尺寸→与定叶片组合加工定位销孔。3）定叶片精加工工艺流程：粗磨厚度尺寸H两端面、外圆φ和内孔φJ→低温时效→半精磨厚度尺寸H两端面→粗研K面→半精磨内孔φJ、外圆φI→辉光离子氮化→精磨K面→精研K面→精磨内孔φJ按动叶片圆弧φB实测值配间隙、外圆φI按定子孔径φ实测值配间隙→按划线割开成扇形→精磨尺寸H按定子厚度尺寸实测值配间隙→与定子组合加工定位销孔。3.关键装配工序工艺方案保证组件定位孔同轴和动叶片轴向尺寸对中是液压马达装配的两个关键工序。（1）保证组件定位孔同轴的装配工艺方案装配工艺方案主要有三种不同观点：1）优化零件设计，增加定位结构：前、后轴承座增加定位凸台，精磨定位凸台与轴承定位孔同轴，定子两面相对应增加定位凹槽，使用大孔磨与定子内孔一次磨出同轴，组件定位孔同轴完全依靠零件加工精度实现。这种工艺思路省去了较繁琐的装调工序，值得在今后的液压马达设计制造中考虑改进提升，但是设计图样更改较大，而且定位结构配合间隙的实际加工精度较难达到定位要求，不适合在现有生产条件下实施。

2）采用组合加工方法：将前、后轴承座分别与定子组装后再精磨内孔，这样可以减少装调工作量，但这种工艺方法需要在定子内孔与轴承座联接处增加退刀槽，增加了泄漏风险，而且部分规格的液压马达定子是铝件，无法与钢质材料的轴承座组合在一起精磨，因此，组合加工方法针对此组件并不适用。3）装配调整与精密加工结合：分别精磨前、后轴承座的轴承定位孔及定子内孔，并光出轴承座中心孔作为过渡基准孔，再上立式坐标镗校组件定位孔同轴，在精密加工的基础上完成装配调整，调整到位后打入定位销，保证组件拆装后定位孔同轴度的重复性。

最终本单位选择装配调整与精密加工结合的工艺方案，经实践证明切实可用。

（2）保证组件定位孔同轴的装配工艺流程①将前轴承座与定子组装在一起，用螺栓联接。②上立镗，等高块垫定子定位，先校定子孔找正中心，再以轴承座中心孔作为过渡基准孔，校轴承定位孔同轴＜φ0.01mm，拧紧螺栓。③将组件翻面，以前轴承座定位，打表复验轴承定位孔与定子内孔同轴。④再次将组件翻面，钻销孔。⑤下立镗，钳工铰销孔并打入定位销。⑥将组件置于单轴转台台面上，复验轴承定位孔与定子内孔同轴。⑦将后轴承座与定子组装在一起，再按上述步骤①至⑥操作。

（3）动叶片轴向尺寸对中装配工艺方案在前、后轴承座组件、定子和主轴相关轴向尺寸及轴向间隙Ⅳ组成的装配尺寸链中，各组成环对应的零件轴向尺寸公差等级都较高，但是封闭环（即轴向间隙Ⅳ）仍然不可避免地存在加工累积误差。如果按照完全互换法分配装配尺寸链各组成环尺寸公差，则零件加工的公差等级要求过高不合理。因此，精密加工可以保证动叶片轴向尺寸A与定子厚度D的差值，而动叶片轴向尺寸对中应该采用修配法完成。

加工累积误差和轴承预紧是影响动叶片轴向尺寸对中的两个主要因素，因此考虑先将动叶片与前、后轴承座的轴向单边间隙均调整到位，在轴承不加预紧的状态下，直接测量轴承座端面与轴承端面的台阶差，再加上轴承预紧量确定轴承盖配车量。这样做避免了轴承预紧对修配尺寸测量的影响，简化了测量环节，减少了测量误差，在消除加工累积误差并保证轴承预紧量的前提下，保证动叶片轴向尺寸对中。

为了防止装配操作失误造成间隙调整不当或变动，影响轴承盖配车量的测量准确度，在装配过程中还安排了多个验证步骤。选择主轴左端面和前轴承座左端面作为装配基准面，在零件精加工过程中安排工序精磨（精研）上述两个端面，保证其平面度及与基准轴线的垂直度。两个端面的距离L是装配基准尺寸，用于复验动叶片轴向尺寸对中是否合格，在轴承加预紧装配过程前后对L值进行测量比对，如不变或微变则说明测量和修配尺寸准确，轴承预紧等装配过程未对动叶片轴向尺寸对中造成影响，前、后轴承座及动叶片三件之间的间隙合理。

（4）动叶片轴向尺寸对中装配工艺流程①确定支撑高度，以主轴右端面定位竖立在大理石平台上，测量动叶片左端台阶端面的高度，参照此高度选择并使用等高块及千斤顶支撑定子。②调整单边间隙，按单边间隙值调整千斤顶使定子左端面高于动叶片左端台阶端面，并校平定子左端面。③组装（以下至步骤⑩所有密封圈均暂不安装），将前轴承座装在定子上，打入定位销并用螺栓将两件紧固，将轴承装入主轴，将未配车的前轴承盖装在前轴承座上，用螺钉联接并轻轻带紧。④验证，表头在前轴承座与定子组件的下方，打表测量动叶片右端台阶端面与定子右端面的间隙，验证步骤③间隙调整得是否合适。⑤确定前轴承盖配车量，拆下前轴承盖，再次测量动叶片右端台阶端面与定子右端面的间隙进行验证，确定未变化后再测量前轴承座左端面与轴承左端面的台阶差，并加上轴承预紧量确定前端盖配车量。⑥测量装配基准尺寸，测量主轴左端面与前轴承座左端面的距离L并记录。⑦翻面，将配车后的前轴承盖装上并轻轻带紧螺钉，翻转前轴承座与定子组件，以主轴左端面定位放在大理石平台上，前轴承座下方加等高块及千斤顶支撑。⑧验证，测量定子右端面与动叶片右端台阶端面的间隙，验证翻面操作后间隙未变化。⑨确定后轴承盖配车量，将后轴承座及轴承装上，测量后轴承座右端面与轴承右端面的台阶差，并加上轴承预紧量确定后轴承盖配车量。⑩复验，将配车后的后轴承盖装上并拧紧前、后轴承盖安