細長軸磨削加工工藝與技術分析

彭冬梅

在普通外圓磨床上超精磨削細長軸一直是老大難問題，特別是，當工件的長徑比超過30（L/D>30）時，尤為困難。美國中小型機械修造公司（廠）的長期實踐表明，只要檢修、調整好普通外圓磨床，合理地選擇砂輪、磨削用量和工藝過程，就能滿足細長軸的技術要求。

1磨削前的幾項準備工作

1.1校直

細長軸校直方法有熱校和冷校兩種方法，熱校比冷校理想。校直后的彎曲度應控制在工件每1000mm長度，其彎曲度在0.15mm以內。

1.2中心孔

中心孔是細長軸的基準、細長軸經過熱處理后，中心孔將會產生變形，應對中心孔進行研磨，使其60°錐孔和圓度達到標準要求。

1.3檢修機床

保證檢修后的外圓磨床各項精度達到出廠時指標。

1.4調整機床

主要是調整頭架與尾架間的中心距離。將工件頂在兩頂尖間，用手旋轉工件。感覺不松不緊為好，如果尾座頂尖是彈簧式的，可使彈簧頂尖壓縮0.5～2mm，再頂住工件中心孔。

1.5檢查工件

兩頂尖頂住工件，先用百分表對細長軸的全長作徑向跳動檢查，特別是對中間彎曲度最大的地方，觀察其跳動量方向是否一致。然后再用千分尺檢查工件的磨削余量和各項尺寸。細長軸的磨削余量取較小值為宜。

2砂輪及磨削用量的選擇

2.1砂輪的選擇

根據細長軸材料的不同，選擇不同磨料、硬度、粒度的砂輪，這是很重要的。磨細長軸的砂輪硬度應稍軟，粒度應稍粗。砂輪的形狀中間呈凹形，因為中凹形砂輪不但可減少砂輪與工件的接觸面積，而且砂輪整體寬度不變，可以減少細長軸在旋轉中產生自激振動。

2.2切削用量的選擇

數控機床加工中的切削量，是表示機床主運動和進給運動大小的重要參數，主要包括切削深度、主軸轉速和進給速度。在加工程序的編制工作中，應把各種加工用量編入工序單內。零件的加工方法不同，切削用量的選擇也會有區(qū)別，粗加工時一般以提高生產效率為主，但也要考慮經濟性和加工成本。半精加工和精加工時，應在保證加工質量的前提下，兼顧切削效率、經濟性和加工成本。

切削深度的選擇和機床、夾具、工件及刀具的剛度有關。在剛度允許的情況下，應選擇大的切削深度，減少走刀次數，盡可能一次去除加工余量，以便提高加工效率。有時為了提高零件加工表面的加工精度和表面粗糙度，要留0.2～0.5mm的精加工余量。

主軸轉速n的選擇，應根據允許的切削速度v和工件直徑d及加工性質來確定，按計算公式v=πdn/1000進行計算。

進給速度Vf的選擇，主要考慮零件的加工精度、表面粗糙度、所用刀具及零件材料。最大進給速度受機床伺服系統(tǒng)性能的限制，并與脈沖當量有關。粗加工時應選用較大的數值，精加工時應選擇較小的數值，在切槽、切斷時應選擇較低的數值。

2.3合理使用中心架

除了合理地選擇中心架的數量之外，主要是在磨削過程中合理地調整中心架的兩個支片：用涂色法來觀察支片前端與工件表面接觸與否；用手摸支片前端與工件表面是否接觸；看火花，當工件、砂輪、支片三者位置一致時，用手調整支片，并觀察火花是否增大。對于高精度、低粗糙度的細長軸磨削，應分粗、精磨。在精磨前應再進行一次砂輪修整，目的是要磨出大量的等高微刃，先是用鋒利的金剛石筆，以很小而均勻的進給量精密地修整砂輪，然后用油石（用平面磨床磨平）或精車后的砂輪以很小而均勻的進給量進行細密地修整砂輪而獲得。同時將工件放松，在兩頂尖中心孔內放黃油，并放松中心架，使兩支片不接觸工件。然后再重新調整中心架的兩個支片。百分表沿直徑方向頂住工件，調整支片，當工件與支片接觸，百分表立即有反應，這樣我們就可控制支片的前后位置。

2.4改進中心架的結構

一般中心架支片轉動的絲杠螺距較大，每旋轉一周進給量在1.25～2mm。我們利用中心架原有結構，增加一套差動絲杠，使支片后部的螺母在旋轉一周時，支片移動量為0.1mm，提高了支片調整精度。

2.5注意充分冷卻

磨削過程中要始終保持切削液的充分供應，做到充分冷卻，以避免工件發(fā)生熱變形。切削液應有良好的冷卻性能和潤滑性能，必須凈化、清潔。

3控制彎曲度的措施

細長軸的精度主要是由彎曲度、圓度、粗糙度等決定，而彎曲度和粗糙度是一個矛盾體：粗糙度在Ra0.2以上，砂輪的擠壓力大，Py力也大，使工件產生彎曲，而細長軸磨削中的中心架調整又往往難以控制。因此，對于磨削高精度、低粗糙度的細長軸來說，的確是一個老大難問題。為此，可以應用萬能表中的μA電流通與不通的測量原理，來測量工件與支片接觸情況。中心支架兩支片的改進將中心支架的兩支片做些改進，在支片前端分別裝上導電的銅塊，再用電線與萬能表一端接（+）極，另一端接（-）極，（+）極與中心架相連，（-）極與尾架相 通，當工件與支片相接時，萬能表的旋轉開關撥至100kΩ時，指針立即轉動，表明整個電路相通了，其靈敏度很高，指針從0到最大讀數值之間的擺動值為中心架支片上的移動量4μm，當萬能表調整到10kΩ時，指針的擺動值為0.001mm。用這種控制方法來控制中心架支片與工件的接觸，再加上“差動微調結構”來磨削高精度、低粗糙度值的細長軸，是一種比較理想的方法。這種方法就像超精磨床上的磨削指示儀那樣，隨時知道切削力、擠壓力的大小。對于提高磨削精度，降低粗糙度值都較為有利。

4編寫零件的加工程序

數控機床的加工精度高、質量穩(wěn)定，是因為整個加工過程受控于程序指令，因此加工程序的編制是零件加工中的重要環(huán)節(jié)。編寫加工程序時要了解所用機床的各方面性能及所具備的指令功能，然后根據數控機床規(guī)定的代碼和程序格式編寫出合理有效的加工程序。要將加工程序正確無誤地輸入到數控系統(tǒng)中并進行程序檢驗，從而完成零件的加工。

5小結

細長軸的加工是機械加工的難點，在加工過程中，如何控制零件變形是需要克服的主要難題。