軸管外圓磨削的圓度誤差分析及應用

吳忠東

（佛山永力泰車軸有限公司）

摘 要：本文分析了車軸磨外圓出現(xiàn)圓度超差的原因，指出工件在車中心孔時作為支撐基準的外圓的圓度對中心孔圓度誤差影響極大。基準外圓圓度誤差通過中心孔間接復映到磨削外圓上，使得磨削外圓圓度超差。通過對基準外圓圓度誤差的控制，有效降低了磨削外圓的圓度誤差，在生產(chǎn)中取得顯著效果。

關(guān)鍵詞：軸管 磨削 圓度誤差 夾持基準 中心孔 分析

1.引言

掛車車軸是掛車極其重要的受力零件，直接影響掛車的承載能力和使用壽命。設(shè)計上要求對車軸兩端軸承位進行磨削加工，并對軸承位的橢圓度作了要求。

車軸一般為管狀零件，兩頭經(jīng)熱軋成型后再進行機械加工。本文總結(jié)了軸管在磨外圓工序中出現(xiàn)的圓度超差問題，找出導致圓度超差的主要原因，在生產(chǎn)中，通過針對性控制，有效減低了產(chǎn)品的不合格率。

2.圓度誤差產(chǎn)生的原因及分析

2.1概述圓度誤差產(chǎn)生的原因

對于外圓磨床加工軸類出現(xiàn)圓度超差問題，一般可以從機床頭頂尖主軸回轉(zhuǎn)精度誤差、頂尖圓度誤差、工件中心孔形狀誤差、工件兩中心孔的同軸度誤差這四方面分析。

若因機床主軸回轉(zhuǎn)精度不夠而導致工件圓度超差，或因頂尖錐面存在圓度超差，這兩種情況都會出現(xiàn)批量性的。由于現(xiàn)代檢驗制度的存在，幾乎不會出現(xiàn)批量性圓度超差的情況。由于各種偶然原因造成的圓度超差更為常見。工件兩端中心孔的同軸度誤差對工件圓度影響很小[1]，本文不再討論。

有關(guān)研究及實踐表明，工件中心孔的圓度誤差會導致磨外圓產(chǎn)生圓度誤差。這種原因在生產(chǎn)中最常見。而中心孔的圓度誤差來源則是本文分析的重點。因這種誤差的產(chǎn)生大多具有不可預測性，最難消除，在實際生產(chǎn)中需重點關(guān)注。

2.2 車軸圓度誤差產(chǎn)生的原因及分析

2.2.1 基準外圓圓度對中心孔圓度的影響及分析

如上圖1，車軸為空心管，軸管兩端對稱加工。D1、D2處均為與軸承配合位，需磨削，有圓度誤差要求。軸管工藝過程為：①車外圓→②軸承位表面淬火→③車60°中心孔→④磨外圓。

其中，工序③車中心孔的具體工藝為：在普通車床上，用三爪夾住一端外圓，另一端用中心架支撐軸管外圓d處，精車中心孔。精車中心孔的基準位（外圓d處）由工序①（車外圓）加工。因此，車中心孔時，基準位存在圓度誤差的話，軸管實際回轉(zhuǎn)中心跟隨基準外圓輪廓變動，導致車出來的中心孔橫截面存在圓度誤差。即所謂的誤差復映。其作用機理下：

如圖2，在精車中心孔時，以中心架支撐點三點定位，由于中心架調(diào)節(jié)機構(gòu)存在間隙，在軸管重力（質(zhì)量一般大于50KG）作用下，造成只有①、②兩點是完全與基準外圓接觸，位于上面的支撐點③只是起輔助支撐作用。中心架的①、②支撐點為固定支撐點，假定為剛性支撐點，在基準外圓為正圓的情況下，對于任一工件，其回轉(zhuǎn)中心位置是固定的。這樣加工出來的中心孔橫截面也為正圓，此為理想的情況。

在基準外圓存在圓度誤差的情況下，基準位輪廓上的點在經(jīng)過中心架的①、②支撐點時，其回轉(zhuǎn)中心各不相同，也就是軸管回轉(zhuǎn)中心跟隨基準位輪廓變動，使得刀具切削出來的中心孔橫截面存在跟基準位圓度誤差一致的圓度誤差。

2.2.2 中心孔圓度對磨削外圓圓度的影響及分析

如圖3，以中心孔為基準磨外圓時，兩頭固定頂尖定位，頂尖橫截面基本可視為正圓，若中心孔圓度超差，傘頂尖與工件配合面在中心孔長軸方向存在間隙，在短軸方向接觸。由于整體接觸剛性不好，實際上會有較大的彈性變形，這也使得難以進行較準確的誤差理論計算。

由于頂尖與中心孔之間存在配合間隙，導致配合整體剛度不足，在磨削力的作用下，工件發(fā)生徑向竄動，使得磨削位產(chǎn)生圓度誤差[1]。由于軸體一直在旋轉(zhuǎn)，在磨削力大于頂尖頂緊力的情況下，圓度誤差會一直存在。理論上，在磨削力很小，小到難以時軸體發(fā)生徑向竄動時，磨削位不會出現(xiàn)橢圓。但實踐證明，在正常加工條件下，無法通過多次進刀來消除或者明顯減輕磨削位出現(xiàn)的橢圓度。

3.減少圓度誤差的對策

由以上分析可知，在加工中心孔時，作為基準的外圓的圓度誤差復映到中心孔上。又由于中心孔存在圓度誤差，在磨削力作用下導致磨外圓產(chǎn)生圓度誤差。這是軸管磨外圓產(chǎn)生圓度超差的主要原因。

通過對該型號軸體的加工數(shù)據(jù)收集分析，在正常生產(chǎn)條件下，基準外圓的圓度誤差最后按照約1/4～1/3傳遞到磨削外圓上。因此工藝上要求該基準位圓度誤差必須小于0.03，而且將此作為質(zhì)量管控的重點內(nèi)容。由于測量方便，加工過程中可以隨時進行抽檢，及時做出調(diào)整。

可知，在車外圓時，外圓基準位的圓度誤差主要來源于：機床主軸回轉(zhuǎn)誤差、刀具切削剛性不足，軸管毛坯跳動大等。

機床主軸回轉(zhuǎn)誤差主要來源于軸承損壞或軸承鎖緊螺母松動。刀具切削剛度不足，主要是由于吃刀量過大、刀具懸伸過長等原因，通過較少吃刀量及縮短刀桿懸伸長度可以有效控制基準位圓度。軸體毛坯跳動過大，則可多次進刀來將基準位圓度控制在要求范圍。根據(jù)以上分析，通過交叉對比排查基準位橢圓超差的原因，采取針對性措施，可迅速做出反應，整改到位。

4.結(jié)論

眾多資料及實踐表明，在外圓磨削中，中心孔圓度誤差是磨削位圓度超差的主要來源。通過對車軸中心孔誤差的來源分析，確認車中心孔時作為支撐基準的外圓的圓度是造成中心孔誤差的主要來源。實踐證明，通過控制基準位的圓度誤差來降低車軸磨削外圓圓度誤差是直接有效的途徑。這項改進措施，使得車軸由于磨削圓度超差而報廢的數(shù)量大大減少。在中心孔沒有增加修研的情況下，能夠通過簡單有效的方法，提高產(chǎn)品質(zhì)量，值得參考和推廣。

參考文獻：

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[4] 王先逵主編，機械制造工藝學，北京：機械工業(yè)出版社，2011