細長螺紋工件固定軸的高效加工方法

孟祥志，王德寬，張王生，陳文輝，李昕，付廣東

北方華安工業集團有限公司 黑龍江齊齊哈爾 161006

1 序言

某專項產品的固定軸（見圖1）是國家某重點項目的關鍵零件，材料為45鋼（符合G B/T699―2015），全長950－0.1mm，大端直徑100－0.2mm，中段直徑50－0.05mm，小端螺紋M5-6g，螺紋長20mm。圖樣要 求φ50－0.05m m與 螺 紋M 5×0.8 m m-6 g同 軸 度≤0.05mm，工件直線度≤0.03mm。

圖1 固定軸

固定軸原加工方法是采用數控車床和機用套絲工具分別進行外形和螺紋的加工。因工件細長、剛性差，所以出現φ50－0.05mm尺寸超差，直線度差，表面粗糙度達不到圖樣要求的現象。φ5－0－0.05mm與螺紋M5-6g分兩次裝夾加工，在使用機用套絲工具加工螺紋時，由于切削量大，工件在套削螺紋過程中發生扭轉和彎曲變形，導致螺紋套偏，出現M5-6g螺紋與φ50－0.05mm不同軸及螺紋崩牙的現象，最終導致固定軸在裝配過程中旋緊困難。

由于固定軸承載強度較高，所以設計人員選擇開一字槽的方式進行旋緊。同時由于產品對工件的靜載拉力有嚴格要求，一字槽的深淺直接影響靜載拉力試驗結果，所以圖樣設定一字槽的深度為1+0.1+0mm，原加工方法采用普通銑床進行加工，V形鐵裝夾，活擋鐵定位，一次裝夾一個工件，但因加工效率低，加工質量差，致使尺寸公差無法保證，個別工件還出現銑偏的現象。

固定軸的螺紋端聯接固定板，起拉緊和固定的作用，原加工方法在螺紋端鉆φ2mm、深度5mm的中心孔，用來頂緊工件，φ2mm中心孔直接影響螺紋的強度。設計人員要求固定軸的螺紋端不允許留有中心孔，對加工工藝提出了新的要求。而且加工中心孔需要反復更換鉆夾頭和活頂尖，嚴重影響加工效率。

為了解決上述問題，改進工藝方法。改進后的工藝流程為：下料→正火→車全形（車螺紋，中徑留量0.05mm）→車假頂尖孔→定全長→套螺紋→銑槽→靜載拉力試驗。

2 下料

工件毛坯φ14mm，單件全長95mm，由于直線度要求高，故工件需要增加工藝夾頭及螺紋假頂孔，單件毛坯長度100mm，8件一體進行下料，下料長度900mm。

3 正火

因工件對力學性能有較高的要求，抗拉強度≥600MPa，下屈服強度≥355MPa，斷后伸長率≥14%，斷面收縮率≥40%，故需要對其進行正火處理。正火溫度850℃，保溫時間1.5h，出爐后進行風冷。

4 車全形

工件長徑比近20，需采用一夾一頂的方式進行裝夾，在固定軸小端留φ3m m假頂尖孔，設計了車削專用頂尖。因鉆中心孔影響加工效率，故制作了頂尖心軸，材料為T10高碳鋼，淬火硬度52～55H R C。采用旋緊尾座手柄直接頂緊的方法，頂緊力使頂尖嵌入工件0.8m m左右，既起到支撐工件的作用，又防止了因頂緊力過大而導致的工件變形。該加工方法減少了打中心孔工序，提高了加工效率。優先選用山特維克可樂滿266R G-16M M01A100M 1125型刀片、266R F G-2020-16型刀體、N123G2-0300-003-CR1125型刀片和RF123G10-2020B型刀體，以及株洲鉆石YBC252 DCMT11T304-HF型刀片、三祿MDPNN2020K11型刀體進行車削，保證了加工質量。

具體操作步驟為：首先將工件毛坯夾緊，伸出105mm，采用專用頂尖（見圖2）將工件頂緊；起動數控車床，對固定軸外形全形進行加工。由于工件的剛性差，M5-6g螺紋在車削過程中出現讓刀現象，所以為了保證產品的一致性，螺紋中徑留量0.03～0.05mm。采用M5-6g板牙對螺紋進行精加工，保證螺紋的加工精度，其余部分一次裝夾加工完成，全長留量，切單件。加工完的工件采用專用通、止卡板檢測外徑（見圖3），采用專用量具檢測直線度（見圖4），保證工件直徑合格，直線度滿足圖樣要求。

圖2 專用頂尖

圖3 采用專用通、止卡板檢測外徑

圖4 采用專用量具檢測直線度

數控加工程序（DTM-5T數控系統）如下。

5 車假頂尖孔

采用長兩瓣瓦專用夾具對固定軸進行裝夾，保證固定軸的90°錐面與夾具90°錐面貼合嚴實，實現定位車削。圖5為車假頂尖孔控制圖1所示2.7mm尺寸。去除大端切斷工件后所留假頂尖孔，用圖6所示專用角度卡板檢測90°錐面并控制圖1所示2.7mm尺寸。

圖5 車假頂尖孔控制圖1所示2.7mm尺寸

圖6 專用角度卡板檢測90°錐面

6 定全長

將車完假頂尖孔的固定軸裝夾在專用兩瓣瓦夾具中，采用CA6140型臥式車床進行加工，將固定軸螺紋末端的假頂尖孔去除并控制全長尺寸（見圖7），倒角C0.5mm。將全長尺寸公差控制在95－0－0.05m m，保證產品質量和尺寸一致性，使用專用卡板檢測全長（見圖8）。

圖7 將固定軸螺紋末端的假頂尖孔去除并控制全長尺寸

圖8 使用專用卡板檢測全長

7 套螺紋

采用M5-6g螺紋板牙對定完全長的固定軸螺紋進行精加工。由于留量較少，所以僅需輕輕轉動板牙即可進行套螺紋，去量小，僅有微量的切屑產生，切削力小，表面加工質量好。由于板牙沿螺紋粗加工后的牙型旋進，因此保證了螺紋與φ50－0.05mm同軸。每件加工完螺紋的固定軸均采用M5-6g通止螺紋環規進行測量，嚴格保證產品質量。

采用M5螺紋專用保護套對螺紋進行保護，防止周轉過程中發生磕碰。

8 銑槽

采用臥式銑床對固定軸的一字槽進行加工。為了確保槽深一致并提高加工效率，設計了如圖9所示的一字槽專用銑削工裝。該工裝由本體、壓板、定位板和鎖緊螺釘等幾部分組成，本體由線切割一次裝夾加工10個V形槽，各V形槽底面均與工裝側面相平行，能夠一次裝夾10個固定軸，相鄰兩個固定軸采用一個壓板進行壓緊，避免了一個壓板壓多個工件而出現的松動現象。固定軸小端頂在定位板上，保證了各工件定位一致。

圖9 一字槽專用銑削工裝

將工裝固定在銑床工作臺上，打表拉直工裝側面，保證銑刀與工裝側面相平行，銑刀對正固定軸中心線，對固定軸大端一字槽進行加工。加工完畢的工件采用一字槽深度量規進行檢測，保證一字槽深度尺寸公差。

9 靜載拉力試驗

固定軸的靜載拉力要求在10kN的拉力下，檢測軸向拉伸變量＜0.3mm。為此專門設計了靜載拉力檢測夾具，大端配合部位為90°錐面，小端配合部位為M5-7h的螺紋。把螺釘放入定位套，螺釘的沉頭錐面和定位套的錐面配合，定位套和上接頭用螺紋聯接，螺釘的螺紋端和鎖緊套的螺紋聯接，鎖緊套的外螺紋旋入下接體，組成拉力測試試驗裝置。圖10為靜載拉力試驗檢測，拉力機選用圖11所示的30t靜載拉力試驗機。拉力試驗結果滿足產品設計要求。

圖10 靜載拉力試驗檢測示意

圖11 30t靜載拉力試驗機

10 結束語

通過改進工藝方法，設計制作專用夾具和量具，保證了固定軸的加工質量，提高了加工效率。