淺析一種細長花鍵軸外圓磨削方法

趙德滿，徐圣凱

（長沙中傳航空傳動有限公司，湖南 長沙 410200）

細長花鍵軸類零件廣泛應(yīng)用在航空發(fā)動機附件傳動及直升機傳動系統(tǒng)中，是非常關(guān)鍵的一個零件（圖1），在工作過程中即到軸向拉力，又受徑向扭力，其加工質(zhì)量關(guān)系著傳動系統(tǒng)性能的發(fā)揮。花鍵軸外圓的尺寸精度、形位精度、表面粗糙度特別嚴格，是此類零件的主要技術(shù)要求，也是我們加工要解決的主要問題。該花鍵軸零件材料為9310 鋼，熱處理為氰化，外圓精加工加工采用磨削工藝，加工時支撐兩端中心孔，加工過程中的變形控制是磨削的關(guān)鍵。

圖1 花鍵軸三維模型

1 結(jié)構(gòu)特點及技術(shù)要求分析

該零件長徑比大于20，是典型的細長軸類零件，剛性較差，從該外圓磨削工序圖（圖2），可以看出左端為花鍵，兩端中心孔為基準，φ10 外圓及兩端轉(zhuǎn)接圓弧R、30°斜面的尺寸公差、粗糙度和跳動要求是外圓磨削的難點所在，尤其是全跳動15μm，要想保證100%合格，難度極高。從以往此類零件的磨削研究結(jié)合此類零件的技術(shù)要求，要保證加工質(zhì)量，需要解決以下幾個問題。

（1）由于剛性差，外圓直徑較細，且整個外圓都要加工，磨削時只能使用頂尖支承兩端中心孔，頂尖力、加工過程中產(chǎn)生的徑向切削力、零件自身重力下沉，工件極易產(chǎn)生變形出現(xiàn)腰鼓。同時磨削時極易產(chǎn)生振動，產(chǎn)生磨削紋路，加工表面很難保證0.4 的粗糙度。

圖2 花鍵軸磨削工序圖

（2）本工序加工部位較多，去除量大，在磨削過程中產(chǎn)生的熱量和磨削力的作用下，工件會產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，易產(chǎn)生變形，加工精度難以保證。

（3）φ10.2 外圓處兩端有轉(zhuǎn)角圓弧及斜面相接，對砂輪的選用及修型有較高的要求。

2 技術(shù)方案及實施方式

磨削細長軸類零件的常用步驟就是：校直、分粗精工步、選用合理磨削參數(shù)，但針對本文所描述的花鍵軸，光上面幾步還遠遠不夠，通過對零件的技術(shù)要求及工藝性進行分析，結(jié)合現(xiàn)有的數(shù)控磨床，采用較為合理的磨削控制工藝方法。

2.1 工藝路線安排

本花鍵軸整個外圓幾乎都要加工，為減少變形，需分多個工步多次加工，要求最嚴格的φ10.2 外圓放置最后面進行，詳細工藝落線如下：粗磨φ10.2、φ14.5 外圓——精磨φ17、φ14.5、φ9.5 外圓——精磨轉(zhuǎn)接圓弧及斜面、半精磨φ10.2 外圓——精磨φ10.2 外圓，在粗精加工的過程中外圓全跳動都要保證在0.01 以內(nèi)。

2.2 變形控制

調(diào)整工件的兩頂尖力，避免力過小，加工中零件松動產(chǎn)生軸向竄動；過大零件產(chǎn)生彎曲變形。調(diào)整力度時可在花鍵軸中間部位架兩塊千分表，時刻檢查變形情況。

為解決加工過程中的應(yīng)力變形，在第一步粗加工去除大部分余量后，安排去應(yīng)力時效工步，減少加工應(yīng)力，這一步比較關(guān)鍵，在我們做實驗的過程中，已經(jīng)得到了多次驗證。

2.3 錐度調(diào)整。

錐度調(diào)整就是我們常說的校直，這是磨削外圓必須進行的一個步驟，由于使用頂尖支撐零件兩端中心孔（見圖3），兩中心高的差異對所磨削外圓圓柱度的影響非常大。要保證很好的錐度，需要從以下方面來保證：

（1）控制零件兩端中心孔的形狀，在此我們加工中心孔時將兩端的著色面積控制在85%以上。

（2）將零件外圓粗磨一刀，測量錐度，根據(jù)實測結(jié)果調(diào)整機床。

（3）控制砂輪磨削面的修整。

2.4 砂輪磨削參數(shù)的選用

圖3 機床頂尖

圖4 砂輪修整

針對此零件的材料及氰化淬火的熱處理要求，磨削砂輪材料我們選用單晶剛玉（SA），為使砂輪具有良好的自銳性，選用中軟硬度粒度為80#的砂輪；為了更好地匹配工件的磨削狀況及減少磨削力，砂輪線速度18m/s，工件轉(zhuǎn)速80r/min，精磨深度0.015～0.018mm。

為保證30o±5＇（兩處）精度，需反復(fù)修整砂輪至如圖4 所示，再進行靠磨加工。

2.5 加工調(diào)整

（1）在磨床上用兩頂尖頂住工件，用千分表檢查工件的全長徑向跳動，尤其中間彎曲度最大處，觀察其跳動量方向是否一致，再用千分尺檢查工件的磨削余量及其余各項尺寸，以便隨時掌握磨削狀況。

（2）精磨削φ10.2 前，找正零件中減部位跳動不大于0.005。

（3）磨削時注意砂輪的磨損情況，當砂輪邊緣明顯出現(xiàn)凹坑等現(xiàn)象時，要及時修磨砂輪，始終保持砂輪的鋒利；同時要保證冷卻液有足夠的流量，能及時帶走熱量及沖走磨塵，以防零件燒傷等。

3 結(jié)語

采用以上加工工藝方法和措施加工出來的細長花鍵軸滿足了工藝技術(shù)及精度要求，對于細長花鍵軸類零件的磨削加工加工，主要是從如何有效消除其應(yīng)力變形方面進行考慮，合理安排工藝路線，應(yīng)安排去應(yīng)力時效，并調(diào)整好機床設(shè)備，做好磨削準備工作，選用合適砂輪及合適的磨削參數(shù)。