高精度细长轴类零件的加工工艺及装备

高精度细长轴类零件的加工工艺及装备

叶清明

四川省宜宾普什驱动有限责任公司四川宜宾644007

摘要：随着科技的进步，五金零件的加工步骤以及装备越来越精细，同时五金细长轴零件加工工艺种类更多。为了更好的了解细长轴类零件加工的过程，文章通过对无心磨床组合和滚花机等装备的加工进行系统分析，以此提高细长轴零件加工的精密度。以期能够提高测量速度，增加产品质量，提高生产效率。

关键词：日本star数控走芯机床；长度测量检具；无心磨自动压磨机；三联无心磨床组合

引言

在生产过程中，五金细长轴出现的最主要问题是（1）由于其长轴长径较大，缺乏刚性，车削时产生的径向切削力会使工件弯曲，引起振动，影响加工精度和表面粗糙度。（2）工件的自重、变形和振动，会影响工件圆柱度和表面粗糙度。（3）工件高速旋转时，在离心力的作用下变形，加剧了工件的弯曲和振动。(4)产生的切削热会导致工件轴向伸长变形，使工件发生弯曲，影响加工质量。因此，在对其进行加工过程中，极易出现变形或者小幅度振动，致使切割时间加长，刀具的磨损也会加快，最终就会出现长轴的加工精度不符合图纸要求，进而造成不必要的经济损失。这是由于在此类零件加工中采用台式桌车（通常称为平车）或者是改装的凸轮机（例如MY15名扬自动机床）。这类机器生产长轴零件采用传统模式，极易产生误差，造成零件不符合标准。本文主要通过对使用日本star数控走芯机床进行研究，可知这类设备如SB12、SB16通常自动加料，并且无须用轴类端面打中心孔进行定位。并且，最大的优势是刚性好、质量高、精度准确[1]。若将此设备联合3组JH18无心磨进行使用，其优势会更加突出，其在细长轴大批量的生产中优势会更加显著。

1材料规格的选择

材料在细长轴加工中起到重要作用。在零件加工前，首先根据图纸的要求，包括材料的材质、外径和长度。轴的材料种类很多，选用时主要根据对轴的强度、刚度、耐磨性等要求，以及为实现这些要求而采用的热处理方式，同时考虑制造工艺问题等加以选用，力求经济合理。

轴的常用材料是优质碳素钢35、45、50，最常用的是45和40Cr钢。对于受载较小或不太重要的轴，也可用Q235或Q275等普通碳素钢。对于受力较大，轴的尺寸和重量受到限制，以及有某些特殊要求的轴，可采用合金钢，常用的有40Cr、40MnB、40CrNi等。轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造尤为广泛，其中最常用的是45号钢。合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。

必须指出：在一般工作温度下（低于200℃），各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差不多，因此在选择钢的种类和决定钢的热处理方法时，所根据的是强度与耐磨性，而不是轴的弯曲或扭转刚度。但也应当注意，在既定条件下，有时也可以选择强度较低的钢材，而用适当增大轴的截面面积的办法来提高轴的刚度。

2棒料的加工

在选择合适材料后，进行棒料加工时，一般毛坯材料经过粗校倒角一体机经由精准机进行加工后进入倒角机，再由无心磨通磨加工后进行防锈处理。由此材料加工流程完成。

3刀具、夹具的准备

在夹具、导套、刀具选择中，要根据图纸进行科学选择，避免不必要的浪费。

在选择夹头时，需要注意的是，材料外径尺寸的大小，直接决定夹头内径使用材料的尺寸，材料直径要小于夹头直径，但是却不能超过0.1毫米。在使用夹头前进行检查，确认夹头的内孔干净，没有渣屑异物，并且要对其定期进行检查，避免因渣屑造成产品质量问题。

在导套的使用中，也是需要导套直径要大于材料直径，但是却不能超过0.1毫米。方可确保棒料能够无阻碍的穿梭在导套中，与夹头一样，在使用前进行检查，确保套头清洁，无渣屑。

对于料夹的选择，更应该选择材料直径大于料夹直径的材料，并且其中需要注意的是，在料夹和材料直径中的差不能够大于0.2毫米。

在刀具选择中，要选择质量好、刚性好的切断刀、前扫刀等刀具，但是具体使用哪种刀具，要根据图纸的要求和对材料尺寸的要求进行选择。

为了更清晰的了解细长轴加工步骤，以下对细长轴成品进行详细的分析，以便更清晰了解细长轴的结构，如下图：

通过上述细长轴成品图可以详细的了解细长轴生产的重难点和技术要求。

难点可以分为以下几点：（1）在细长轴粗糙度上来讲，要控制在Ra0.4，并对其进行削磨加工，对产品的精密度提出更高的要求；（2）零件表面来讲，务必有规整的滚花直纹；（3）在测量中极易出现误差，并且中间部分难以测量；（4）对于外径公差的精准度要求较高；

（5）在材料选择中，要慎重，务必选择符合国家标准、无污染、满足技术要求并经济适用的材料；（6）在材质选择中，45钢成为最佳首选。对于材料本身来讲，避免弯曲、色差、凸点、凹点的出现；（7）化学镀镍6～8μm；（8）为了更好的符合我国的标准，在盐雾试验中，必须进行8小时持续实验，确认其符合我国标准；（9）以上产品中，由于是镀镍后的尺寸图，首要任务就是务必转化成镀镍前的尺寸图，确保产品的质量符合图纸的要求。

4加工工序的流程安排

通过对细长轴加工流程分析，找到其出现问题和解决措施，提高经济效益。在细长轴零件加工中，涉及的步骤较多，每个步骤之间紧密联系，因此，要在每一个加工工序中配备检验人员，确保每一个工序准确无误。加工流程大致为（不包括热处理工序）：star车削—滚直纹花—三联无心磨粗磨—精磨—抛光—清洗、防锈—检验—包装、入库。以下主要对Star车削生产及测量，滚花机生产流程作详细分析。

4.1Star车削生产及测量

一端为主轴夹头，在中间部分为导套，其作用和刀架差不多，主要是支撑作用，另一端则是背轴夹头。并且要对滚花外径和压磨外径进行预留，其中尺度最好在15°。

在零件经过加工之后，需要对其进行测量，在检验中，通常使用0～500毫米的量具。但是在对细长轴进行测量时，就需要更换测量工具，这是由于在测量中，须测量总长，0～500mm的游尺较重，那么就会给测量造成困难，并且中间部分也无法使用游标卡尺进行测量，这就加大工作量，工作效率下降，无形中降低经济效益[2]。在这种情况下，可以采用大投影仪进行测量，但是这种设备的价格昂贵在4万元左右，并且在测量速度上也较慢。那么为了能够方便快捷、精准的测量长度，就需要制作测量长度的工具，并且价格便宜，测量速度快，提高经济收益。

这种测量工具，首先制作精准的测量样件，通过2个活动精密V型定位座调节定位距离。在通过样板进行测量，尾端进行定位，这样就会方便快捷地进行产品测量。优势是准确、方便快捷、省时省力、便于运送，在大批量的产品测量中，优势更加显著。

滚花工序（3T，P=0.8滚花轮；滚花机滚花齿宽度不小于0.4mm）生产流程

在这道工序中，首先要准备两片P=0.8的直纹滚花轮，在设备上，则选用滚花机和滚花工装各一台。在此工序中，特别需要注意的是，滚花纹路要清晰，不可出现乱纹，同时，滚花的外径和尺寸也应该按照图纸进行选择。避免由于出现的偏差，造成材料不符合图纸，出现返工现象，费工费时，造成不必要的经济损失。

滚花外径环规和投影仪等是最为常见的检验设备。在无心磨自动压磨机中，JH18无心压磨工序经过改良，更加符合零件生产的要求，做出来的零件精准度高，这是由于在JH18无心压磨机上安装PLC控制器、感应器、液压油缸。传感器精准的把零件精准度传给设备，传统人工操作的压磨手柄经过改良，已经由液压油缸代替，液压油缸经过上下的动作，完美的完成压磨手柄的操作，在自动化压磨中更进一步。在这种机器代替人工自动压磨的设备中，解放了工人的双手，同时工人的劳动力降低，工作效率得到提升[3]。对于零件的生产来讲，提高生产效率和精准度，质量得到保障，在生产中完美展示自动化的生产水平。

在该设备生产过程中，需要准备的工具有12.0刀板、砂轮、磨削乳化液等。在对设备进行压磨工装试调过程中，以φ12.1为大圆外径作为定位，两个外径在经过砂轮压磨后，外径范围在φ7.963～φ7.949最为合适，Ra0.4以下的表面粗糙度为标准，为了生产质量较高，精准度高的零件，因此在生产过程中保证圆度公差在0.005毫米以内，并且要保证长轴的表面没有任何的损伤或者破损[4]。该部位由于承接高精度轴承，所以在加工过程中，务必确保压磨工序的有效运行，不可出现漏压磨加工，确保生产的精准性。0~25毫米的杠杆外径千分尺是检测中最为常见的检测仪器，并且具有表面粗糙度检测仪。

经检验可知滚花机工装和压磨工装在生产中可实现互换，也就是具有共同的生产特性。如图所示。

由图可以清晰的看出其工作原理，就是将45号钢长轴大外径放置在两组608轴承的中间，再经由砂轮和导轮的相互联系，紧密结合，促使长轴在自转中带动小圆直径的磨削。刀板起到支撑的作用，通过上下调节板和底座相互固定，使长轴处于直线状态，目的是在压磨过程中一直保持不动，避免串动现象的产生。

为了确保生产的精准性，可以制作三台压磨机分别是粗磨、精磨、抛光，分别可以设置到φ12.02、φ12.006、φ12.005，以此来进行长轴零件加工，连续压磨，方可保证外径尺寸φ12～φ12.007。由于三道工序的连续压磨，促使生产的产品精准度更高，尺寸更加符合图纸的要求，减轻工人劳动强度，提高工作效率，降低生产成本，可节省大约2/3。

5结束语

文章通过对star车、JH18、无心磨自动压磨机、三联无心磨床组合等设备的研究，做出合理地工装安排，提高产品的生产质量和精准度，细长轴面临的问题迎刃而解，提高生产效率，保证产品表面粗糙度符合要求，在Ra0.4以内。表面直花纹也需要完整，没有破损，中间长度测量也得到解决，降低测量难度，外径公差难度要求的难点和技术要求也找到合理的解决措施。

参考文献

[1]杨俊学,苏艳杰,程磊,等.提升细长轴类零件螺纹加工效率的工艺[J].工具技术,2018,52(2):106-107.

[2]赖啸,刘勇,郭容.复杂轴类零件数控车削中细长轴的加工方案[J].南方农机,2018,49(17):144-144.

[3]谭建华.轴类零件数控车削加工工艺研究[J].现代制造技术与装备,2017(1):148-148.

[4]黄虹旗.一种高精度尺寸零件的加工方法[J].机械工程师,2017(2):158-159.

作者简介：叶清明（1986—），汉族，四川德阳人，大学本科，助理工程师，主要从事生产调度，工艺流程。