細(xì)長(zhǎng)空心軸同軸度超差的工藝改進(jìn)

梁興， 王春花

（安陽(yáng)萊工科技有限公司，河南安陽(yáng)455000）

0 引言

對(duì)于零件加工來(lái)說(shuō)，細(xì)長(zhǎng)軸是較難加工的一種軸類(lèi)工件，尤其是高精度細(xì)長(zhǎng)空心軸的加工難度更大，加工過(guò)程中產(chǎn)生的廢品率較高，按照常規(guī)車(chē)、熱處理和磨加工工藝很難達(dá)到圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，主軸質(zhì)量無(wú)法得到保證，嚴(yán)重制約主軸的生產(chǎn)。

1 細(xì)長(zhǎng)空心軸的主要技術(shù)參數(shù)

圖1為我公司為上海萊必泰配套生產(chǎn)高精度車(chē)床主軸LS20-04。長(zhǎng)度與直徑比為：587÷26=23，此軸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是細(xì)長(zhǎng)、空心、壁薄，并且主軸右端有鍵槽和通槽，造成加工剛性差，工件易產(chǎn)生彎曲變形，同軸度難以保證，加工難度較大。

細(xì)長(zhǎng)空心軸主要尺寸及精度（mm）：φ500-0.003，φ44-0.003，φ40-0.01-0.03，φ35-0.01-0.03，φ26+0.010+0.004（ 內(nèi)孔），φ34+0.010+0.004（ 內(nèi)孔）；形狀精度要求：內(nèi)孔的跳動(dòng)公差為0.003 mm；位置精度要求：φ50、φ44 外圓的同軸度公差為 0.003 mm，φ40、φ35 外圓的同軸度公差為0.005 mm，主軸最高轉(zhuǎn)速為10 000 r/min。

2 細(xì)長(zhǎng)空心軸的加工工藝

圖1 高精度車(chē)床主軸LS20－04

圖2

1）編制工藝。根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和精度要求，初步編制的工藝路線(xiàn)為：粗車(chē)→精車(chē)→滲碳→車(chē)碳層→外磨→鉗工→銑鍵槽→淬火→粗磨外圓→支中心架粗磨內(nèi)孔→時(shí)效→半精磨內(nèi)外圓→時(shí)效→倒角切槽取長(zhǎng)短→工具磨（磨對(duì)方）→線(xiàn)切割通槽→磨螺紋→精磨各外圓→精磨內(nèi)孔→精車(chē)內(nèi)孔→鉗（清槽清孔）。

2）試制結(jié)果。按照此工藝路線(xiàn)進(jìn)行生產(chǎn)加工，第一批次試制5根，在第一次精磨外圓內(nèi)孔后，經(jīng)檢查，主軸的尺寸精度基本到達(dá)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，但主軸四處同軸度為0.01～0.05 mm，均超差，判定主軸不合格，經(jīng)與客戶(hù)溝通，因主軸為高速旋轉(zhuǎn)部件，同軸度超差影響主軸的整體加工精度，不同意使用。

3 細(xì)長(zhǎng)空心軸同軸度超差原因分析

針對(duì)同軸度超差的問(wèn)題，我們認(rèn)真分析問(wèn)題可能產(chǎn)生的工序，原因有以下幾點(diǎn)：

3.1 車(chē)加工工序影響因素

1）細(xì)長(zhǎng)空心軸材料選擇。所選材料既要保證硬度又有良好的加工性能。材料過(guò)軟或過(guò)硬，影響切削性能，容易產(chǎn)生振動(dòng)打刀，切削力過(guò)大，容易造成主軸彎曲變形。

2）車(chē)工刀具、切削速度、冷卻條件和工件的裝卡的選擇。常規(guī)制造刀具及切削速度抗振能力差，不適宜精車(chē)細(xì)長(zhǎng)空心軸，工件容易振動(dòng)彎曲。

3.2 熱處理影響因素

1）工件的放置方式，是否采用吊裝；2）熱處理的時(shí)效方式；3）時(shí)效時(shí)間的長(zhǎng)短，是否達(dá)到規(guī)定的24 h；4）熱處理彎曲的校直方式。

3.3 磨削變形

1）粗磨、半精磨、精磨的砂輪粒度、硬度選擇不當(dāng)。磨削時(shí)，工件轉(zhuǎn)速太高，使工件產(chǎn)生離心，彎曲。冷卻液不充足，產(chǎn)生磨削熱，使工件熱膨脹變形。

2）細(xì)長(zhǎng)空心軸精磨前，主軸的定位基準(zhǔn)選擇不恰當(dāng)，頂尖直接頂在內(nèi)孔兩端，既沒(méi)有修研，又沒(méi)有考慮內(nèi)孔與頂尖配合時(shí)面積過(guò)大，影響定位精度。

3）尾架頂緊彈簧預(yù)緊力太大，使主軸頂緊磨削時(shí)熱變形彎曲。

4）沒(méi)有考慮主軸細(xì)長(zhǎng)空心的變形，主軸磨好后沒(méi)有吊掛，直接擺放在工作臺(tái)上，使主軸產(chǎn)生安放誤差。

5）加工工藝不恰當(dāng)。最初安排主軸鏜內(nèi)孔，是因?yàn)橹鬏S細(xì)長(zhǎng)空心，受磨床設(shè)備加工長(zhǎng)度限制（M1432加工長(zhǎng)度1 000 mm），φ26內(nèi)孔從兩端加工，中間部分無(wú)法加工。實(shí)際加工中，精磨工序完成后，為保證圖紙的裝配要求，再進(jìn)行精鏜內(nèi)孔，因中間部分加工余量較大，主軸為滲碳淬火件，精車(chē)內(nèi)孔非常困難，因切削力所帶來(lái)的變形量較大。

4 改進(jìn)措施

4.1 材料選擇

材料選擇15CrMo優(yōu)質(zhì)低合金結(jié)構(gòu)鋼，此材料有較好的韌性和耐沖擊力，材料選擇一般采用滲碳后淬火熱處理工藝，可以使表面硬度達(dá)到60HRC左右，心部還是比較軟的。

4.2 車(chē)加工方面

1）粗車(chē)時(shí)，采用一夾一頂裝夾，并用中心架輔助支承，精車(chē)時(shí)，采用兩頂尖安裝工件B并用跟刀架輔助支承，為減少細(xì)長(zhǎng)軸彎曲，減少變形。注意鉆車(chē)內(nèi)孔φ18鉆擴(kuò)為φ22，為后序車(chē)碳層做準(zhǔn)備。

2）降低切削速度，使用充足的切削液，使切削溫度下降，適當(dāng)提高進(jìn)給量。

3）在不影響刀具強(qiáng)度的情況下，應(yīng)盡量增大車(chē)刀主偏角，同時(shí)應(yīng)選擇較大的前角和較小的刀尖圓弧半徑。

4）為減少精車(chē)內(nèi)孔部位的余量和硬度，在車(chē)加工序留滲碳層時(shí)，適當(dāng)加大余量，熱處理滲碳完成后，在車(chē)碳層時(shí)必須保證滲碳層完全車(chē)完。這樣，主軸淬火后，內(nèi)孔中間部位硬度不高且余量小。精磨后，精車(chē)內(nèi)孔容易加工，變形量小。

4.3 熱處理方面

1）工件的放置方式采用吊裝，避免平放。2）熱處理的時(shí)效方式采用油爐時(shí)效，溫度為140℃。3）時(shí)效時(shí)間必須按工藝執(zhí)行，時(shí)效兩次，每次時(shí)效時(shí)間不少于24 h。

4.4 磨加工方面

1）粗磨、半精磨砂輪粒度為46#，精磨砂輪粒度為80#。

2）采用專(zhuān)用工裝進(jìn)行裝卡，因?yàn)橹鬏S為空心薄壁結(jié)構(gòu)，如果采用一夾一頂，會(huì)產(chǎn)生裝卡變形，影響主軸精磨的精度。結(jié)合實(shí)際，專(zhuān)用工裝的結(jié)構(gòu)采用圖2的形式，以?xún)?nèi)孔和端面定位，避免機(jī)床尾架產(chǎn)生頂緊力過(guò)大，造成主軸的彎曲變形，減少裝卡變形的因素。

3）在精磨前對(duì)工裝修整中心孔，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

4）為了減少細(xì)長(zhǎng)軸磨削時(shí)的熱變形，加大冷卻水噴管口徑，使磨削時(shí)冷卻更加充分。

5 第二次改進(jìn)

5.1 工藝分析

改進(jìn)后，主軸精度有較大提高，位置精度為0.01 mm內(nèi)，但仍然不符合圖紙要求，結(jié)合實(shí)際加工過(guò)程，我們對(duì)加工工藝從新審核分析。

1）在精磨外圓后，在不拆卸工裝的情況下檢查，主軸同軸度符合圖紙要求，拆卸工裝后重新安裝，無(wú)法找正到之前狀態(tài)，品質(zhì)部在V型鐵支φ50和φ44軸承部位，檢查后端φ35部位，同軸度同樣超差，而且存在不同操作者加工主軸，變形大小不一樣，而且存在安裝工裝越緊，同軸度超差越嚴(yán)重，考慮主軸后段因加工有四處鍵槽和兩處通鍵，主軸后端孔大壁薄，分析因裝卡力過(guò)大引起主軸變形較大。

2）在工藝中，精磨外圓后繼續(xù)精磨內(nèi)孔，并進(jìn)行精車(chē)，主軸受力產(chǎn)生的變形影響主軸的同軸度。

5.2 二次改進(jìn)措施

1）主軸安裝專(zhuān)用工裝時(shí)，預(yù)緊力要適當(dāng)，不能過(guò)大，否則主軸產(chǎn)生過(guò)大的變形。

2）工藝上再增加一序精磨，對(duì)φ35部位精光，保證主軸的同軸度。

經(jīng)過(guò)再次改進(jìn)主軸加工工藝后，主軸的各項(xiàng)精度符合圖紙要求，尤其是主軸后段的同軸度控制在0.005 mm內(nèi)，工序精度和最終檢查精度基本一致。

6 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)細(xì)長(zhǎng)空心軸同軸度超差的質(zhì)量問(wèn)題，通過(guò)對(duì)細(xì)長(zhǎng)空心軸車(chē)削方法、磨削方法、加工工藝、熱處理工藝等科學(xué)分析，結(jié)合公司生產(chǎn)實(shí)際情況，進(jìn)行有效的改進(jìn)，解決了加工細(xì)長(zhǎng)空心軸出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，基本上達(dá)到了圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。與以往傳統(tǒng)的加工工藝、加工方法相比較有了較大改進(jìn)，滿(mǎn)足了高精度機(jī)床主軸的制造要求，為企業(yè)產(chǎn)品升級(jí)改造打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［參考文獻(xiàn)］

［1］徐穎斌，俞勁創(chuàng).細(xì)長(zhǎng)軸車(chē)磨工藝分析［J］.浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006（7）：56-58.

［2］張健飛.細(xì)長(zhǎng)軸的加工工藝分析［J］.機(jī)械工程與自動(dòng)化，2005（3）：97-98.