探讨大中型精密轴类零件的加工方法

摘要：大中型精密轴类零件由于直径大、长度大，自身重量大，同时加工精度要求高，所以在加工过程中自有其特点，针对大中型轴类的这些特点以及在实际加上过程中遇到的一些问题，本文从加工工艺、刀具几何角度选用、测量方法、工艺定位基准等几个方面提出个人的见解与观点。

关键词：大中型精密轴类零件;加工工艺;刀具几何角度测量方法;工艺定位基准

一、前言

大中型精密轴类零件指的是：直径大、无法塞入主轴孔；长度长、基本接近设备床身长度极限；自身重量大、靠人力无法直接搬运及装卸；精度要求高；价值高。因此在加工的过程中必须保证：（1）安全：不能损坏设备更不能伤人；（2）必须达到图纸的要求。如下图轴为例，从加工工艺、刀具、测量以及工艺定位基准等几个方面加以探讨与说明。

二、加工工艺

工件的毛坏是Φ200×1200的38CrMoA圆钢，自身的重量有130Kg以上，在车床上打中心孔既不方便又不安全。所以安排在T68上打两端的中心孔B5-GB87。

工序：1）车工：两顶尖装夹粗车（后顶尖采用活动顶尖），用一夹一顶粗车装夹方式，装卸方便，刚性、稳定性较好。留量3～4mm，调质热处理HRB225～238。该材质热处理变形不大，一般不需要进行校直，但检测变形量是否小于加工余量却是必不可少的一道工序。清洁中心孔后，两顶尖装夹（后顶尖采用硬质合金死顶尖，须经常注意监控其温度的变化，防止因为高温而造成的顶尖开裂甚至是脱落，进而工件掉落砸坏设备），精车所有外表面、精车所有长度尺寸至工艺要求。其中，在加工沟槽及螺纹时容易发生振刀的现象，采用中心架作辅助支撑可解决这一问题。换装四爪卡盘，―夹一托装夹，车平两端面，加工内孔部分。2）粗磨：粗研中心孔，粗磨留精磨量0.1～0.15。3）铣工：粗、精铣各个键槽。4）精磨：上磨床精研中心孔定位锥面，直至其圆度达到图纸要求的3um以下，磨各尺寸至要求。

三、刀具

在粗加工时出于以下几方面考虑：1、安全：因为工件自身重量大，所以不宜采用大的转速。2、刀具耐用度：工件直径较大，转速过大会引起切削温度升高，从而降低刀具的耐用度。3、加工效率：为提高工效，采用大的背吃刀量、大的进给量。由此可确定切削用量的选用原则：中低转速、大吃刀、大走刀。根据切削要素、切削性能和加工条件，可选用YTl4的粗加工刀具：断屑效果好、耐用度较高。为了使切削轻快、排屑顺畅，该刀具采用：前角（10o）、断屑槽(10～8宽)、断屑槽为小圆弧台阶型、较小的后角、负的刃倾角同时刃磨负倒棱：刀尖圆弧为R0.8～1.2。当切削用量为V：180～210转／分；F：0.4～0.45mm／转；即：6～8mms时，刀具在断屑与耐用度方面取得最佳效果。

在半精车、精车时，材料通过调质热处理，强度、韧性和硬度都大幅提高，适合使用YWl的刀具加工：使表面质量和耐用度达到最佳效果。但需注意：此时加工不宜采用断屑而须采用卷屑的方式来处理切屑，所以卷屑槽采用前窄后宽的小圆弧形式、正的刃倾角，控制铁屑流向达到理想的效果。

四、轴向尺寸的控制与测量

在车床上加工轴类零件，径向尺寸由于外表而互为基准，所以测量与控制都比较容易。而轴向尺寸的控制则要复杂一些。首先必须确认零件的轴向尺寸的设计基准，因此才能安排合理的加工路线：其次，由于设计基准与工艺基准（测量基准）有可能出现不重合或者因为径向尺寸大小不一而带来的―系列问题往往让加工、测量甚至是检验也感到非常棘手。如图纸所示，端面M为该轴左半部分的轴向尺寸的设计基准，端面N为该轴右半部分的轴向尺寸的设计基准。所以加工该轴的左端，必须先加工M面，再以M为基准加工N面，然后再以N面为基准控制该轴右端的轴向尺寸。而M、N间的尺寸控制由于测量不便（两外圆直径相差较大）但又非常关键而让人大伤脑筋。

五、工艺定位基准

轴类零件的加工其径向定位基准一般都是中心孔。粗加工采用三爪自定心卡盘以外圆定位，但该轴工序：粗车、精车、铣工、磨工都是使用的中心孔作为定位基准；原因是：装夹稳定、方便省事、定位准确。

车加工使用的中心孔是T68装夹毛胚加工而成，属于粗基准，只能满足车加工的需要，即圆度在0.015以内，给车加工定基准并提供找正、支撑（使用中心架）的基准外圆柱面。该轴使用的精基准是在车床上加工之后，上磨床与硬质合金死顶尖自研磨而获得的。由于该轴对形状公差、位置公差的要求很高，对两轴承位置的同轴度误差低于3um，对圆锥面、对轴线的全跳动误差低于3um，对圆锥面的配合是涂色检查着色面积大于95％；要满足加工精度的要求，则必须保证：（1）设备的精度；（2）定位基准的精度。

在实际的加工过程中出现的问题：圆度误差的超差直接影响同轴度误差、圆跳动误差及锥面着色面积。原因：（1）设备的精度；（2）定位基准的精度。检查设备的主轴精度、导轨精度、尾座中心高、砂轮的动、静平衡等；定位基准精度的检测：基准是在磨床上与硬质合金死顶尖自研磨而获得，关键是顶尖的圆度。

两顶尖的装夹方式从定位原理上分析：把一个中心孔的圆锥面视为一个点，两顶尖装夹后，除开X轴的转动外，其余5个自由度均被限制；由于自身重量大，其一端的中心孔为B6.3～GB87，锥面长度8mm，另一定位锥面长度更大近10mm。前中心孔单独限制沿Y轴和X轴的移动，后锥面单独限制沿Y轴和X轴的移动；二者配合共同限制的自由度：沿X轴的转动、沿Y轴的转动、沿Z轴的移动。也就是说，沿X轴和Y轴的移动被前后两个锥面重复的限制，从定位原理的角度来看，存在着重复定位的现象。

找到了原因，解决的方法很简单，只需将B型中心孔改为R型中心孔，只要能避免重复定位，则所有的问题都迎刃而解。

六、结 论

本文针对精度要求较高的大中型轴类零件的特点，对加工过程的各个方面、各个环节进行了总结与探讨。突出了理论知识对实践工作的重要指导意义和巨大价值。■