軸類零件廣泛應（yīng）用於各種機械設（shè）備中，主要起到支承傳（chuán）動的作用。由於該（gāi）類零（líng）件在機械（xiè）設備中往往是核心零件，並且多在高溫、高壓、高速的環境下運（yùn）行，故對該類零件的各（gè）種技術條件要求很高，以保證裝配的工件具有一定的回轉精度。多數軸類零（líng）件長徑比＞３０，該類零件（jiàn）受磨削力（lì）、磨（mó）削熱（rè）的影響，容易產生腰鼓、彎曲等變形和表麵燒傷，影響產品精度要求。

      本文（wén）針對某細長軸零件的加（jiā）工進行零件分析、工藝分析，根（gēn）據（jù）產生變形的因素（sù），對機床設備進行（háng）工藝裝備（bèi）改進，製作專用的微力頂尖，選定合適的（de）砂（shā）輪和冷卻液並調整粗精磨削的加工方法和工藝參數（shù），保證零件的整體（tǐ）加工精度（dù）。

      １　零（líng）件的加工要求

      如圖１所示零（líng）件長徑比為４∶３，總長度為４７３ｍｍ，重要使用段為１２．７－０．０２３－０．０３３ｍｍ，該軸主要起支承作用（yòng），３處１２．７ｍｍ分布在軸的兩頭和中部，所以整個軸的跳動要求≤０．００５ｍｍ，配合間隙為０．０１１～０．０２６ｍｍ，表（biǎo）麵粗糙度為Ｒａ０．４μｍ，抗拉強度σｂ≥１　５７０ＭＰａ，相當於洛氏硬度４６～５１ＨＲＣ。

      製作該零件所（suǒ）用材料為低合金超高強度鋼４０ＣｒＮｉ２ＳｉＭｏＶＡ，其抗腐蝕和抗疲勞強度都非常好。在σｂ≥１　５７０ＭＰａ時，硬度（dù）、強度高且具有良好的（de）韌性及塑性。該種材料在加工時有以（yǐ）下３個難點。

      １）磨削時產生的摩（mó）擦力和變形抗力非常大（dà），在相同條件下，磨削力為４５鋼的１．５倍。

      ２）材料（liào）的導熱性很差。該（gāi）材料內部的合金元素含量較少，導熱性（xìng）為４５鋼的１／２，磨削（xuē）加工中消耗的機械功９０％以上都轉換（huàn）成熱能，使磨削區產（chǎn）生（shēng）很高的溫度（dù），造成零件表麵燒傷。

      ３）工件表麵易形成加工硬化層。該材料在磨削時，磨削區工件表麵的晶格在砂輪磨粒（lì）的摩擦和擠壓（yā）下會產生嚴重的扭曲變形，在工件表麵形成加工硬化層（céng）。

      ２　零件的工藝性分析

      根據對零件技術（shù）條件的分（fèn）析，要滿足技術要求，必須使（shǐ）用外圓磨床加工（gōng）。南京機電液壓研究中心分廠當前使用的（de）磨床設備為Ｕ６００，是應用廣泛的（de）精密外圓磨（mó）床。由於此工件（jiàn）的長徑比較大且主要加工段的直徑僅為１２．７ｍｍ，如果（guǒ）直接（jiē）使（shǐ）用該磨床自身的頂尖，夾緊（jǐn）力太大，因此必須對夾（jiá）緊設備加以改進，並選擇正確的砂輪、冷（lěng）卻液及（jí）工（gōng）藝參數，確保其可操作性（xìng），以保（bǎo）證其加工要求。

      ３　工藝方案的確定

      ３．１　中心孔（kǒng）

      由於該軸設（shè）計（jì）圖樣上有設計頂（dǐng）尖孔，所以初步確定使（shǐ）用對頂磨削加工的方式。在每道磨工序之前必須增加研磨頂尖孔，以（yǐ）保證中心孔的內６０°錐麵圓度，表麵粗糙度為Ｒａ０．２～０．４μｍ，圓（yuán）跳動≤０．００５ｍｍ，研磨時的內錐麵著色麵≥７５％，並且有一連續環（huán）帶，這樣保證在加工時受力均勻，不會（huì）產生跳動，使產品尺寸超差。

      ３．２　機床設備及裝夾工具

      機床自帶的尾座頂尖彈（dàn）簧彈性很大。由於工件（jiàn）細且長，在裝夾時，如果中（zhōng）心距調整不好，會（huì）產（chǎn）生（shēng）較大（dà）壓緊力，使工件變形彎曲，或者（zhě）裝夾不（bú）緊產生跳動，影響產品（pǐn）的（de）尺寸（cùn）。在磨削這種特殊的加（jiā）工中，存在（zài）零件的熱變形，零件也（yě）容易（yì）受熱伸長，所以在裝夾該（gāi）工件時，為了減小夾緊力，並且在加工中能對中心距有微調作用（yòng），筆者自製了一個微力頂尖，如圖（tú）２所示。

      該頂尖係統的製作（zuò）原理與機床（chuáng）本身自（zì）帶的尾座頂（dǐng）尖的製作原理相同，由螺帽、可滑移頂尖、頂尖套筒、微力彈簧、調節螺母５部分（fèn）組成，主要使用內部彈簧對頂尖產生壓緊力作用於工件，保證工件在較小且可以微調的夾緊力下進行（háng）加工。改進的壓緊彈（dàn）簧，其作用是通過調節（jiē）螺母來（lái）調整彈簧的彈力，從而控製頂尖（jiān）的壓緊力。經過測試，該頂尖的壓緊力控製範圍為５～３５Ｎ。專門製作了一個可（kě）滑移頂尖，在零件產生軸向微量伸長時，頂尖可向右微（wēi）調自（zì）動補給，壓縮彈簧，避免在加工中零件產生較大內應力變形和頂尖的過分磨損，並在頂尖部分削出了一個小平麵，這（zhè）樣使工件（jiàn）回轉自如並便於測量。

      ３．３　砂輪的選擇

      由於該零件材料為（wéi）低合金超高強度鋼，因此選擇的砂輪為白剛玉磨料，磨粒為６０＃～８０＃，硬度為Ｚ２，內部（bù）組織比較鬆軟，磨削麵形狀為“凹”字型，寬度Ｂ＜２０ｍｍ，如圖３所示。這樣形狀的砂輪在磨削時能保證（zhèng）排削的順暢並減少接觸麵積，從而減（jiǎn）少磨（mó）削（xuē）時產生的磨（mó）削熱，防止工件表麵發生灼（zhuó）傷和因溫度太高產生變形。

      在加工（gōng）時，必須及時修整砂輪，保持砂輪磨粒的銳利，以減小磨削力，提高工件表麵（miàn）質量。

      ３．４　冷卻液的選擇

      一般機械（xiè）加（jiā）工中使用的冷（lěng）卻液為水溶性（xìng）乳化液，清（qīng）洗效果強。但是在磨削不鏽鋼材料時，為保證磨削質量，需要冷卻效果（guǒ）好的冷卻液。此次采（cǎi）用含（hán）１％機油的煤油作（zuò）為冷卻液，該冷卻方法散熱性好（hǎo）、清洗效果好並且具有較好的潤滑性。由於不鏽（xiù）鋼材料散熱性不好，為保證冷卻效果，在加工時（shí）應及時過（guò）濾、更換冷（lěng）卻液（yè），防止工件表麵燒傷（shāng）。

      ３．５　工藝參數（shù）的確定

      ３．５．１　工藝路線

      最初的工藝路線如下：車加工→熱處理→研磨→粗磨加工→時效熱處理→研磨→半精磨加工→冰冷熱處理→研磨→精磨加工。該零件在進行第１步的熱處理時，變形量較大。進行第１道磨削時，加工者（zhě）使用對刀磨削，即不進行砂輪軸向移動，先徑向切削，這是（shì）一般軸（zhóu）類零件的磨削方式。但是由於該（gāi）零件的長徑比較大，熱處理後零件外形嚴重扭曲，如果徑向切削（xuē）較大，零（líng）件在運轉時由於受到外力作用，會（huì）產生讓刀的現象，最終磨削的後果是（shì）變形大的地方，磨削後成不規（guī）則形狀。調整加工方法，使砂輪（lún）主要作軸向運動，在磨削（xuē）時以剛（gāng）剛與工件接觸為準，盡量減小徑向切削（xuē），避免零件（jiàn）受徑向力過（guò）大產生讓刀。經多次磨削消除工件扭（niǔ）曲的（de）最高點，從而完（wán）成零（líng）件校形。由於該零件的長徑比大，在粗車後兩頂尖孔（kǒng）的同軸度很難控製，為保證（zhèng）後續加工時避免因頂尖孔的同軸度差引起的產品報廢，故在粗車後增加磨削工序，提高零件中（zhōng）心孔的同軸度。經試加工後，最終確定（dìng）的工藝路線如（rú）圖４所示，並對每道工序提出（chū）加工要求，保證圖樣（yàng）要求。

      ３．５．２　工藝參數

      １）粗磨時，工件線速度為３～５ｍ／ｍｉｎ，工（gōng）作台縱向速度為１～１．５ｍ／ｍｉｎ，橫向切深為０．０１５ｍｍ（雙行程）。

      ２）精磨時，工（gōng）件線速度為２～３ｍ／ｍｉｎ，工（gōng）作（zuò）台縱向速度為０．５～０．８ｍ／ｍｉｎ，橫向切深為０．００５ｍｍ（雙行程）。

      ３．６　操作注意事項

      １）在加工過程中，工（gōng）件應始終保持豎直放置，這樣可（kě）避免在保存、運（yùn）送過程中使零件（jiàn）變形。

      ２）在加工前，調整（zhěng）機床，消除（chú）振源，精細平衡砂輪，隔（gé）離外（wài）來振（zhèn）源，消除外界的強迫（pò）振動對細長軸的不利影（yǐng）響。

      ３）調整頭架與尾架間（jiān）的中心距離，撥盤和雞心夾頭等用雙爪撥盤和雙爪雞（jī）心（xīn）夾頭，使工件旋轉（zhuǎn）時傳動力較為平（píng）衡，避免彈爪傳（chuán）動（dòng）造（zào）成工件的圓柱度誤差。

      ４）將工件裝夾（jiá）好後，先用百分表對工件的（de）全長作徑（jìng）向跳動檢查，特（tè）別是觀察中（zhōng）間彎（wān）度最大（dà）地方的跳動量方向是否一致，然後再用千分尺檢查工件的磨削餘量和尺寸，磨削餘量取較小值。

      ５）工件裝夾好後，準備加工前（qián），應讓機床先空轉３～５ｍｉｎ，待機床各部件充分潤（rùn）滑運行（háng）穩定後（hòu）再開始磨削。

      ６）加工時要控製操作方法，不宜讓工件長時間（jiān）裝夾在機床上，否則容易發（fā）生變形。

      ４　結（jié）語（yǔ）

      使（shǐ）用此方法加工的零件保證了圖樣各項技術條（tiáo）件，零件的合格率提高很多，經過多次生產加工驗證，該方（fāng）法有效並且穩定（dìng）。由此設計（jì）出的專用夾具（微力頂尖）也適用於較細小軸類零件（jiàn）的加工。在該（gāi）零件加工中反（fǎn）應出來的問題也具有一定的代表性，在加工難點上找到（dào）了加工方法的突破點，給以後的同（tóng）類型產品的加工提供了可借鑒的方法。