支承軸機(jī)械加工工藝及工裝改進(jìn)

邢鵬鸞

摘要：文章詳細(xì)介紹了支承軸機(jī)械加工工藝及工裝改進(jìn)的具體措施，論述了改進(jìn)后的支承軸機(jī)械加工工藝在支承軸機(jī)械加工實(shí)際應(yīng)用中的效果。實(shí)踐證明，文章提出的支承軸機(jī)械加工工藝及工裝的改進(jìn)措施在支承軸機(jī)械加工的過(guò)程中具有一定的可行性和推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：支承軸；機(jī)械加工；形位公差；以車代磨

由于支承軸機(jī)械零件的尺寸以及形位公差精度要求很高，采用傳統(tǒng)的支承軸機(jī)械加工工藝進(jìn)行機(jī)械零件加工時(shí)，由于加工設(shè)備的局限性和加工工藝自身的不足，很容易出現(xiàn)誤差和規(guī)格超標(biāo)，無(wú)法滿足機(jī)械零件的高效精準(zhǔn)的加工要求。本研究針對(duì)傳統(tǒng)的支承軸機(jī)械加工工藝存在的不足進(jìn)行探討，詳細(xì)介紹現(xiàn)代先進(jìn)支承軸機(jī)械加工工藝及工裝的改進(jìn)措施和應(yīng)用效果。

1 傳統(tǒng)的支承軸機(jī)械加工工藝的不足

在表面感應(yīng)淬火工序完成之后，支承軸的傳統(tǒng)的機(jī)械加工工藝流程為車螺紋工序、磨外圓工序、精車小端外圓工序和精車大端外圓工序。由于加工工序偏多并且有的工序步驟涉及手工加工的部分，所以很容易出現(xiàn)誤差。在以上的工藝流程中，存在以下不足。

1.1形狀公差和位置公差的控制不夠精準(zhǔn)

眾所周知，支承軸是由點(diǎn)、線、面構(gòu)成，各個(gè)平面的面積和各個(gè)點(diǎn)的位置都會(huì)對(duì)零件加工的成敗產(chǎn)生影響。在支承軸機(jī)械加工的過(guò)程中，支承軸任意結(jié)構(gòu)產(chǎn)生形狀公差和位置公差都會(huì)影響機(jī)械零件加工的實(shí)際精確度。支承軸的精車小端外圓工序和精車大端外圓工序過(guò)程中，早期的傳統(tǒng)加工工藝中需要操作者手動(dòng)對(duì)誤差進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)上一步驟的測(cè)量結(jié)果作為后續(xù)流程的依據(jù)并在單項(xiàng)工序完成后對(duì)多項(xiàng)工作進(jìn)行誤差測(cè)量作業(yè)。很多時(shí)候需要依靠操作者找正工件來(lái)對(duì)形狀公差和位置公差進(jìn)行控制，導(dǎo)致對(duì)操作者的操作手法要求較高，不具備一定的可靠性，大端Φ150相對(duì)于基準(zhǔn)C的同軸度φ0.025的要求無(wú)法得到保證。一旦點(diǎn)和面的位置出現(xiàn)與設(shè)計(jì)圖紙不符的變動(dòng)，就會(huì)造成支承軸的規(guī)格不符合加工要求。

1.2容易形成積累誤差

由于支承軸機(jī)械加工工藝流程的工序分散和基準(zhǔn)的不統(tǒng)一，分步進(jìn)行操作所產(chǎn)生的細(xì)小誤差會(huì)隨著加工工序的進(jìn)行而不斷增加，非常容易形成積累誤差，造成機(jī)械零件的形狀公差和位置公差超差。加工流程相對(duì)簡(jiǎn)單的機(jī)械零件的積累誤差較易控制，而圓形結(jié)構(gòu)的機(jī)械零件的積累誤差較難控制。一旦在打磨工序中產(chǎn)生圓弧不對(duì)稱，就會(huì)影響機(jī)械零件加工的質(zhì)量和效率。例如，在傳統(tǒng)工藝中如果在不同的工序中對(duì)小端的Φ90端面和基準(zhǔn)C進(jìn)行加工，就無(wú)法對(duì)0.03 mm垂直度進(jìn)行控制；在傳統(tǒng)工藝的磨外圓工序過(guò)程中由于兩處圓弧的不一致性，會(huì)造成無(wú)法一次裝卡完成，同軸度Φ0.044的要求也會(huì)受到影響。

2 支承軸機(jī)械加工工藝的改進(jìn)措施

我們?cè)趯?duì)支承軸傳統(tǒng)的機(jī)械加工工藝存在的不足進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上，引進(jìn)了先進(jìn)的高精度數(shù)控設(shè)備和加工理念，將支承軸傳統(tǒng)的機(jī)械加工工藝中的打磨工序省去，通過(guò)車床設(shè)備完成精細(xì)化處理，在對(duì)機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行修改的同時(shí)完成機(jī)械零件表面的精細(xì)處理，有效地節(jié)省了機(jī)械加工消耗的時(shí)間，將“以車代磨”的工藝方法加入到支承軸機(jī)械加工中，推廣應(yīng)用了高速加工技術(shù)。通過(guò)對(duì)支承軸傳統(tǒng)機(jī)械加工工藝的改進(jìn)，整合了支承軸機(jī)械加工工序，簡(jiǎn)化了支承軸機(jī)械加工流程，高質(zhì)量地保證了支承軸機(jī)械加工產(chǎn)品的精度。支承軸機(jī)械加工步驟被簡(jiǎn)化之后可以更加清晰地控制各個(gè)加工階段的精準(zhǔn)度，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的目的。

“以車代磨”技術(shù)就是采用車削作為淬硬鋼的精加工或者最終加工的工藝方法。根據(jù)實(shí)際情況分析，傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金刀具和切削參數(shù)無(wú)法達(dá)到理想的加工效果，所以“以車代磨”工藝選擇適合于高速切削的聚晶立方氮化硼（Polycrystalline Cubic Boron Nitride，PCBN）刀具。在加工過(guò)程中必須保持PCBN刀具刀頭部位清潔，不可以堆積過(guò)多的切屑，保持PCBN刀具刀頭部位的充分散熱。但是切記不可以對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，以免刀頭崩裂。

改進(jìn)后的支承軸機(jī)械加工工藝在未淬火區(qū)域和淬火區(qū)域應(yīng)用一刀切屑加工成型技術(shù)，在支承軸表面感應(yīng)淬火工序完成之后的工藝流程為精車大小端外圓工序。和支承軸傳統(tǒng)的機(jī)械加工工藝相比，將車螺紋和外圓工序合并為一個(gè)工序，在半精車道序中，最終尺寸確定了花鍵外圓之后，其他各外圓尺寸中都留下了一定的精車余量，這樣支承軸機(jī)械加工成品表面的各道工序就可以整合為一道工序來(lái)完成[1]。借助于先進(jìn)的全機(jī)能數(shù)控機(jī)床，雙頂一次裝夾來(lái)完成所有成型面的加工工作。這里需要注意的是，工藝留量要保持在0.6～0.8 mm。

3 支承軸機(jī)械加工工裝的不足和改進(jìn)措施

支承軸機(jī)械加工中最重要的特性是尺寸和形位精度。我們對(duì)支承軸機(jī)械加工工藝進(jìn)行了改進(jìn)，采用了二頂裝夾的以車代磨的加工工藝，將車螺紋和外圓工序在一個(gè)工序中完成，之后進(jìn)行相應(yīng)的一次裝夾車成。支承軸機(jī)械加工工藝的改進(jìn)雖然解決了支承軸機(jī)械加工產(chǎn)品的尺寸和形位精度的要求，但是也存在著一定的不足。下面我們?cè)敿?xì)介紹支承軸機(jī)械加工工裝的不足和相應(yīng)的工裝改進(jìn)措施。

3.1操作人員裝夾機(jī)械零件困難

支承軸機(jī)械加工工裝階段需要將機(jī)械零件固定于夾具中。在支承軸的裝夾過(guò)程中，由于支承軸的軸體突出部位較多，很難在短時(shí)間內(nèi)將其精準(zhǔn)地固定于夾具中，需要操作人員反復(fù)操作來(lái)解決，大大降低了支承軸機(jī)械零件工裝階段的效率。針對(duì)這種情況，我們對(duì)支承軸機(jī)械加工工裝進(jìn)行了改進(jìn)，研發(fā)了一種采用端面及頂尖定位夾緊的夾具，將工裝夾具的終端改為尖形結(jié)構(gòu)，前頂尖為可伸縮頂尖，尾頂尖為氣動(dòng)控制，利用氣動(dòng)推進(jìn)來(lái)完成夾具的操作，從而確保支承軸機(jī)械加工夾具可以按照要求進(jìn)行自如的收放動(dòng)作[2]。新型夾具主要由本體、彈簧、調(diào)整螺栓和頂尖構(gòu)成，在支承軸機(jī)械加工使用的時(shí)候?qū)A具的本體和車床的主軸配合，本體安裝在車床主軸的錐孔之中，將夾具的尾頂尖頂住加工工件的小端內(nèi)孔的倒角位置，將加工工件的大端內(nèi)孔頂住夾具的前頂尖，開啟氣動(dòng)控制開關(guān)，此時(shí)夾具的前頂尖和彈簧受到壓縮，當(dāng)支承軸和夾具的端面接觸后壓縮停止，此時(shí)，彈簧壓縮產(chǎn)生的彈力作用會(huì)促使前頂尖和加工工件的大端面能夠有效地接觸。所以，只要開啟氣動(dòng)控制開關(guān)將尾頂尖把加工工件頂在夾具的本體上就可以進(jìn)行加工。由于設(shè)備運(yùn)行需要考慮軸向的問(wèn)題，在加工的時(shí)候軸向?yàn)槎嗣娑ㄎ唬钥梢赃x用一刀切的方式加工軸向尺寸要求較高的零件，大大降低了加工難度，提高了機(jī)械零件加工的優(yōu)質(zhì)率。

3.2大端倒角寬度尺寸不易控制

由于大端倒角的寬度尺寸并不一致，有的尺寸很難控制。支承軸機(jī)械加工過(guò)程具有連貫性，一旦意外終止會(huì)對(duì)支承軸機(jī)械加工設(shè)備和產(chǎn)品產(chǎn)生不利的影響，尤其是角度控制極為嚴(yán)格的圓形結(jié)構(gòu)部件的加工，如果加工過(guò)程意外終止會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)械零件的后續(xù)角度調(diào)整。為了保障機(jī)械零件加工作業(yè)的實(shí)際準(zhǔn)確性，往往需要在加工過(guò)程中的不同階段對(duì)支承軸進(jìn)行角度寬度的測(cè)量，適當(dāng)?shù)睾侠碓黾榆囅鲿r(shí)間，來(lái)提高機(jī)械零件的加工效果。這種方法雖然解決了機(jī)械零件加工的準(zhǔn)確度，但是實(shí)際應(yīng)用的加工時(shí)長(zhǎng)很高，降低了機(jī)械零件加工的實(shí)際效益。

4 支承軸機(jī)械加工工藝及工裝改進(jìn)的應(yīng)用

4.1靈活性高

在加工多種產(chǎn)品的時(shí)候需要經(jīng)常更換產(chǎn)品，全機(jī)能數(shù)控工裝夾具和磨床相比，調(diào)整方便，節(jié)省了大量的輔助處理時(shí)間。

4.2精度高

全機(jī)能數(shù)控和普通設(shè)備相比具有極為明顯的優(yōu)勢(shì)，在支承軸機(jī)械加工過(guò)程中，只要選擇合適的切削刀具和切削參數(shù)，就能夠滿足以車代磨技術(shù)的生產(chǎn)要求，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的各項(xiàng)精度指標(biāo)。和磨床相比，在產(chǎn)品整體形狀公差和位置公差的控制方面具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，打破了磨床的技術(shù)局限性。

4.3經(jīng)濟(jì)性高

同外圓磨床相比，全機(jī)能數(shù)控具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。此外，由于支承軸機(jī)械加工工藝在精加工工序的整合處理，大大節(jié)省了支承軸機(jī)械加工的人力和物力，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

4.4效率高

由于加工工件在車削流程中無(wú)需人為操縱，為操作者節(jié)省出許多的輔助時(shí)間去處理其他事情，大大降低了人工成本，提高了效率。

5結(jié)語(yǔ)

支承軸機(jī)械加工工藝是機(jī)械零件加工中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)機(jī)械零件的加工精確度和加工效率起著決定性的作用，是現(xiàn)代機(jī)械加工企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的重要保障。本研究針對(duì)傳統(tǒng)的支承軸機(jī)械加工工藝存在的缺陷和不足進(jìn)行了探討，給出了支承軸機(jī)械加工工藝和工裝的改進(jìn)措施。本研究提出的支承軸機(jī)械加工工藝改迸措施經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用取得了良好的效果，大大降低了加工成本，提高了加工效率，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

[參考文獻(xiàn)]

[1]李勇.支承軸機(jī)械加工工藝及工裝改進(jìn)思考[J].裝備制造技術(shù)，2014 （2）：153-154，169

[2]侯曉東.支承軸機(jī)械加工工藝及工裝改進(jìn)[C].洛陽(yáng)：第九屆河南省汽車工程技術(shù)研討會(huì)，2012：1