細長軸磨削加工工藝與技術分析

彭冬梅

在普通外圓磨床上超精磨削細長軸一直是老大難問題，特別是，當工件的長徑比超過30（L/D>30）時，尤為困難。美國中小型機械修造公司（廠）的長期實踐表明，只要檢修、調整好普通外圓磨床，合理地選擇砂輪、磨削用量和工藝過程，就能滿足細長軸的技術要求。

1磨削前的幾項準備工作

1.1校直

細長軸校直方法有熱校和冷校兩種方法，熱校比冷校理想。校直后的彎曲度應控制在工件每1000mm長度，其彎曲度在0.15mm以內。

1.2中心孔

中心孔是細長軸的基準、細長軸經過熱處理后，中心孔將會產生變形，應對中心孔進行研磨，使其60°錐孔和圓度達到標準要求。

1.3檢修機床

保證檢修后的外圓磨床各項精度達到出廠時指標。

1.4調整機床

主要是調整頭架與尾架間的中心距離。將工件頂在兩頂尖間，用手旋轉工件。感覺不松不緊為好，如果尾座頂尖是彈簧式的，可使彈簧頂尖壓縮0.5～2mm，再頂住工件中心孔。

1.5檢查工件

兩頂尖頂住工件，先用百分表對細長軸的全長作徑向跳動檢查，特別是對中間彎曲度最大的地方，觀察其跳動量方向是否一致。然后再用千分尺檢查工件的磨削余量和各項尺寸。細長軸的磨削余量取較小值為宜。

2砂輪及磨削用量的選擇

2.1砂輪的選擇

根據細長軸材料的不同，選擇不同磨料、硬度、粒度的砂輪，這是很重要的。磨細長軸的砂輪硬度應稍軟，粒度應稍粗。砂輪的形狀中間呈凹形，因為中凹形砂輪不但可減少砂輪與工件的接觸面積，而且砂輪整體寬度不變，可以減少細長軸在旋轉中產生自激振動。

2.2切削用量的選擇

數控機床加工中的切削量，是表示機床主運動和進給運動大小的重要參數，主要包括切削深度、主軸轉速和進給速度。在加工程序的編制工作中，應把各種加工用量編入工序單內。零件的加工方法不同，切削用量的選擇也會有區別，粗加工時一般以提高生產效率為主，但也要考慮經濟性和加工成本。半精加工和精加工時，應在保證加工質量的前提下，兼顧切削效率、經濟性和加工成本。

切削深度的選擇和機床、夾具、工件及刀具的剛度有關。在剛度允許的情況下，應選擇大的切削深度，減少走刀次數，盡可能一次去除加工余量，以便提高加工效率。有時為了提高零件加工表面的加工精度和表面粗糙度，要留0.2～0.5mm的精加工余量。

主軸轉速n的選擇，應根據允許的切削速度v和工件直徑d及加工性質來確定，按計算公式v=πdn/1000進行計算。

進給速度Vf的選擇，主要考慮零件的加工精度、表面粗糙度、所用刀具及零件材料。最大進給速度受機床伺服系統性能的限制，并與脈沖當量有關。粗加工時應選用較大的數值，精加工時應選擇較小的數值，在切槽、切斷時應選擇較低的數值。

2.3合理使用中心架

除了合理地選擇中心架的數量之外，主要是在磨削過程中合理地調整中心架的兩個支片：用涂色法來觀察支片前端與工件表面接觸與否；用手摸支片前端與工件表面是否接觸；看火花，當工件、砂輪、支片三者位置一致時，用手調整支片，并觀察火花是否增大。對于高精度、低粗糙度的細長軸磨削，應分粗、精磨。在精磨前應再進行一次砂輪修整，目的是要磨出大量的等高微刃，先是用鋒利的金剛石筆，以很小而均勻的進給量精密地修整砂輪，然后用油石（用平面磨床磨平）或精車后的砂輪以很小而均勻的進給量進行細密地修整砂輪而獲得。同時將工件放松，在兩頂尖中心孔內放黃油，并放松中心架，使兩支片不接觸工件。然后再重新調整中心架的兩個支片。百分表沿直徑方向頂住工件，調整支片，當工件與支片接觸，百分表立即有反應，這樣我們就可控制支片的前后位置。

2.4改進中心架的結構

一般中心架支片轉動的絲杠螺距較大，每旋轉一周進給量在1.25～2mm。我們利用中心架原有結構，增加一套差動絲杠，使支片后部的螺母在旋轉一周時，支片移動量為0.1mm，提高了支片調整精度。

2.5注意充分冷卻

磨削過程中要始終保持切削液的充分供應，做到充分冷卻，以避免工件發生熱變形。切削液應有良好的冷卻性能和潤滑性能，必須凈化、清潔。

3控制彎曲度的措施

細長軸的精度主要是由彎曲度、圓度、粗糙度等決定，而彎曲度和粗糙度是一個矛盾體：粗糙度在Ra0.2以上，砂輪的擠壓力大，Py力也大，使工件產生彎曲，而細長軸磨削中的中心架調整又往往難以控制。因此，對于磨削高精度、低粗糙度的細長軸來說，的確是一個老大難問題。為此，可以應用萬能表中的μA電流通與不通的測量原理，來測量工件與支片接觸情況。中心支架兩支片的改進將中心支架的兩支片做些改進，在支片前端分別裝上導電的銅塊，再用電線與萬能表一端接（+）極，另一端接（-）極，（+）極與中心架相連，（-）極與尾架相 通，當工件與支片相接時，萬能表的旋轉開關撥至100kΩ時，指針立即轉動，表明整個電路相通了，其靈敏度很高，指針從0到最大讀數值之間的擺動值為中心架支片上的移動量4μm，當萬能表調整到10kΩ時，指針的擺動值為0.001mm。用這種控制方法來控制中心架支片與工件的接觸，再加上“差動微調結構”來磨削高精度、低粗糙度值的細長軸，是一種比較理想的方法。這種方法就像超精磨床上的磨削指示儀那樣，隨時知道切削力、擠壓力的大小。對于提高磨削精度，降低粗糙度值都較為有利。

4編寫零件的加工程序

數控機床的加工精度高、質量穩定，是因為整個加工過程受控于程序指令，因此加工程序的編制是零件加工中的重要環節。編寫加工程序時要了解所用機床的各方面性能及所具備的指令功能，然后根據數控機床規定的代碼和程序格式編寫出合理有效的加工程序。要將加工程序正確無誤地輸入到數控系統中并進行程序檢驗，從而完成零件的加工。

5小結

細長軸的加工是機械加工的難點，在加工過程中，如何控制零件變形是需要克服的主要難題。