淺析一種細(xì)長花鍵軸外圓磨削方法

趙德滿，徐圣凱

（長沙中傳航空傳動有限公司，湖南 長沙 410200）

細(xì)長花鍵軸類零件廣泛應(yīng)用在航空發(fā)動機附件傳動及直升機傳動系統(tǒng)中，是非常關(guān)鍵的一個零件（圖1），在工作過程中即到軸向拉力，又受徑向扭力，其加工質(zhì)量關(guān)系著傳動系統(tǒng)性能的發(fā)揮?；ㄦI軸外圓的尺寸精度、形位精度、表面粗糙度特別嚴(yán)格，是此類零件的主要技術(shù)要求，也是我們加工要解決的主要問題。該花鍵軸零件材料為9310 鋼，熱處理為氰化，外圓精加工加工采用磨削工藝，加工時支撐兩端中心孔，加工過程中的變形控制是磨削的關(guān)鍵。

圖1 花鍵軸三維模型

1 結(jié)構(gòu)特點及技術(shù)要求分析

該零件長徑比大于20，是典型的細(xì)長軸類零件，剛性較差，從該外圓磨削工序圖（圖2），可以看出左端為花鍵，兩端中心孔為基準(zhǔn)，φ10 外圓及兩端轉(zhuǎn)接圓弧R、30°斜面的尺寸公差、粗糙度和跳動要求是外圓磨削的難點所在，尤其是全跳動15μm，要想保證100%合格，難度極高。從以往此類零件的磨削研究結(jié)合此類零件的技術(shù)要求，要保證加工質(zhì)量，需要解決以下幾個問題。

（1）由于剛性差，外圓直徑較細(xì)，且整個外圓都要加工，磨削時只能使用頂尖支承兩端中心孔，頂尖力、加工過程中產(chǎn)生的徑向切削力、零件自身重力下沉，工件極易產(chǎn)生變形出現(xiàn)腰鼓。同時磨削時極易產(chǎn)生振動，產(chǎn)生磨削紋路，加工表面很難保證0.4 的粗糙度。

圖2 花鍵軸磨削工序圖

（2）本工序加工部位較多，去除量大，在磨削過程中產(chǎn)生的熱量和磨削力的作用下，工件會產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，易產(chǎn)生變形，加工精度難以保證。

（3）φ10.2 外圓處兩端有轉(zhuǎn)角圓弧及斜面相接，對砂輪的選用及修型有較高的要求。

2 技術(shù)方案及實施方式

磨削細(xì)長軸類零件的常用步驟就是：校直、分粗精工步、選用合理磨削參數(shù)，但針對本文所描述的花鍵軸，光上面幾步還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，通過對零件的技術(shù)要求及工藝性進行分析，結(jié)合現(xiàn)有的數(shù)控磨床，采用較為合理的磨削控制工藝方法。

2.1 工藝路線安排

本花鍵軸整個外圓幾乎都要加工，為減少變形，需分多個工步多次加工，要求最嚴(yán)格的φ10.2 外圓放置最后面進行，詳細(xì)工藝落線如下：粗磨φ10.2、φ14.5 外圓——精磨φ17、φ14.5、φ9.5 外圓——精磨轉(zhuǎn)接圓弧及斜面、半精磨φ10.2 外圓——精磨φ10.2 外圓，在粗精加工的過程中外圓全跳動都要保證在0.01 以內(nèi)。

2.2 變形控制

調(diào)整工件的兩頂尖力，避免力過小，加工中零件松動產(chǎn)生軸向竄動；過大零件產(chǎn)生彎曲變形。調(diào)整力度時可在花鍵軸中間部位架兩塊千分表，時刻檢查變形情況。

為解決加工過程中的應(yīng)力變形，在第一步粗加工去除大部分余量后，安排去應(yīng)力時效工步，減少加工應(yīng)力，這一步比較關(guān)鍵，在我們做實驗的過程中，已經(jīng)得到了多次驗證。

2.3 錐度調(diào)整。

錐度調(diào)整就是我們常說的校直，這是磨削外圓必須進行的一個步驟，由于使用頂尖支撐零件兩端中心孔（見圖3），兩中心高的差異對所磨削外圓圓柱度的影響非常大。要保證很好的錐度，需要從以下方面來保證：

（1）控制零件兩端中心孔的形狀，在此我們加工中心孔時將兩端的著色面積控制在85%以上。

（2）將零件外圓粗磨一刀，測量錐度，根據(jù)實測結(jié)果調(diào)整機床。

（3）控制砂輪磨削面的修整。

2.4 砂輪磨削參數(shù)的選用

圖3 機床頂尖

圖4 砂輪修整

針對此零件的材料及氰化淬火的熱處理要求，磨削砂輪材料我們選用單晶剛玉（SA），為使砂輪具有良好的自銳性，選用中軟硬度粒度為80#的砂輪；為了更好地匹配工件的磨削狀況及減少磨削力，砂輪線速度18m/s，工件轉(zhuǎn)速80r/min，精磨深度0.015～0.018mm。

為保證30o±5＇（兩處）精度，需反復(fù)修整砂輪至如圖4 所示，再進行靠磨加工。

2.5 加工調(diào)整

（1）在磨床上用兩頂尖頂住工件，用千分表檢查工件的全長徑向跳動，尤其中間彎曲度最大處，觀察其跳動量方向是否一致，再用千分尺檢查工件的磨削余量及其余各項尺寸，以便隨時掌握磨削狀況。

（2）精磨削φ10.2 前，找正零件中減部位跳動不大于0.005。

（3）磨削時注意砂輪的磨損情況，當(dāng)砂輪邊緣明顯出現(xiàn)凹坑等現(xiàn)象時，要及時修磨砂輪，始終保持砂輪的鋒利；同時要保證冷卻液有足夠的流量，能及時帶走熱量及沖走磨塵，以防零件燒傷等。

3 結(jié)語

采用以上加工工藝方法和措施加工出來的細(xì)長花鍵軸滿足了工藝技術(shù)及精度要求，對于細(xì)長花鍵軸類零件的磨削加工加工，主要是從如何有效消除其應(yīng)力變形方面進行考慮，合理安排工藝路線，應(yīng)安排去應(yīng)力時效，并調(diào)整好機床設(shè)備，做好磨削準(zhǔn)備工作，選用合適砂輪及合適的磨削參數(shù)。