軸管外圓磨削的圓度誤差分析及應(yīng)用

吳忠東

（佛山永力泰車軸有限公司）

摘 要：本文分析了車軸磨外圓出現(xiàn)圓度超差的原因，指出工件在車中心孔時作為支撐基準(zhǔn)的外圓的圓度對中心孔圓度誤差影響極大?；鶞?zhǔn)外圓圓度誤差通過中心孔間接復(fù)映到磨削外圓上，使得磨削外圓圓度超差。通過對基準(zhǔn)外圓圓度誤差的控制，有效降低了磨削外圓的圓度誤差，在生產(chǎn)中取得顯著效果。

關(guān)鍵詞：軸管 磨削 圓度誤差 夾持基準(zhǔn) 中心孔 分析

1.引言

掛車車軸是掛車極其重要的受力零件，直接影響掛車的承載能力和使用壽命。設(shè)計上要求對車軸兩端軸承位進(jìn)行磨削加工，并對軸承位的橢圓度作了要求。

車軸一般為管狀零件，兩頭經(jīng)熱軋成型后再進(jìn)行機械加工。本文總結(jié)了軸管在磨外圓工序中出現(xiàn)的圓度超差問題，找出導(dǎo)致圓度超差的主要原因，在生產(chǎn)中，通過針對性控制，有效減低了產(chǎn)品的不合格率。

2.圓度誤差產(chǎn)生的原因及分析

2.1概述圓度誤差產(chǎn)生的原因

對于外圓磨床加工軸類出現(xiàn)圓度超差問題，一般可以從機床頭頂尖主軸回轉(zhuǎn)精度誤差、頂尖圓度誤差、工件中心孔形狀誤差、工件兩中心孔的同軸度誤差這四方面分析。

若因機床主軸回轉(zhuǎn)精度不夠而導(dǎo)致工件圓度超差，或因頂尖錐面存在圓度超差，這兩種情況都會出現(xiàn)批量性的。由于現(xiàn)代檢驗制度的存在，幾乎不會出現(xiàn)批量性圓度超差的情況。由于各種偶然原因造成的圓度超差更為常見。工件兩端中心孔的同軸度誤差對工件圓度影響很小[1]，本文不再討論。

有關(guān)研究及實踐表明，工件中心孔的圓度誤差會導(dǎo)致磨外圓產(chǎn)生圓度誤差。這種原因在生產(chǎn)中最常見。而中心孔的圓度誤差來源則是本文分析的重點。因這種誤差的產(chǎn)生大多具有不可預(yù)測性，最難消除，在實際生產(chǎn)中需重點關(guān)注。

2.2 車軸圓度誤差產(chǎn)生的原因及分析

2.2.1 基準(zhǔn)外圓圓度對中心孔圓度的影響及分析

如上圖1，車軸為空心管，軸管兩端對稱加工。D1、D2處均為與軸承配合位，需磨削，有圓度誤差要求。軸管工藝過程為：①車外圓→②軸承位表面淬火→③車60°中心孔→④磨外圓。

其中，工序③車中心孔的具體工藝為：在普通車床上，用三爪夾住一端外圓，另一端用中心架支撐軸管外圓d處，精車中心孔。精車中心孔的基準(zhǔn)位（外圓d處）由工序①（車外圓）加工。因此，車中心孔時，基準(zhǔn)位存在圓度誤差的話，軸管實際回轉(zhuǎn)中心跟隨基準(zhǔn)外圓輪廓變動，導(dǎo)致車出來的中心孔橫截面存在圓度誤差。即所謂的誤差復(fù)映。其作用機理下：

如圖2，在精車中心孔時，以中心架支撐點三點定位，由于中心架調(diào)節(jié)機構(gòu)存在間隙，在軸管重力（質(zhì)量一般大于50KG）作用下，造成只有①、②兩點是完全與基準(zhǔn)外圓接觸，位于上面的支撐點③只是起輔助支撐作用。中心架的①、②支撐點為固定支撐點，假定為剛性支撐點，在基準(zhǔn)外圓為正圓的情況下，對于任一工件，其回轉(zhuǎn)中心位置是固定的。這樣加工出來的中心孔橫截面也為正圓，此為理想的情況。

在基準(zhǔn)外圓存在圓度誤差的情況下，基準(zhǔn)位輪廓上的點在經(jīng)過中心架的①、②支撐點時，其回轉(zhuǎn)中心各不相同，也就是軸管回轉(zhuǎn)中心跟隨基準(zhǔn)位輪廓變動，使得刀具切削出來的中心孔橫截面存在跟基準(zhǔn)位圓度誤差一致的圓度誤差。

2.2.2 中心孔圓度對磨削外圓圓度的影響及分析

如圖3，以中心孔為基準(zhǔn)磨外圓時，兩頭固定頂尖定位，頂尖橫截面基本可視為正圓，若中心孔圓度超差，傘頂尖與工件配合面在中心孔長軸方向存在間隙，在短軸方向接觸。由于整體接觸剛性不好，實際上會有較大的彈性變形，這也使得難以進(jìn)行較準(zhǔn)確的誤差理論計算。

由于頂尖與中心孔之間存在配合間隙，導(dǎo)致配合整體剛度不足，在磨削力的作用下，工件發(fā)生徑向竄動，使得磨削位產(chǎn)生圓度誤差[1]。由于軸體一直在旋轉(zhuǎn)，在磨削力大于頂尖頂緊力的情況下，圓度誤差會一直存在。理論上，在磨削力很小，小到難以時軸體發(fā)生徑向竄動時，磨削位不會出現(xiàn)橢圓。但實踐證明，在正常加工條件下，無法通過多次進(jìn)刀來消除或者明顯減輕磨削位出現(xiàn)的橢圓度。

3.減少圓度誤差的對策

由以上分析可知，在加工中心孔時，作為基準(zhǔn)的外圓的圓度誤差復(fù)映到中心孔上。又由于中心孔存在圓度誤差，在磨削力作用下導(dǎo)致磨外圓產(chǎn)生圓度誤差。這是軸管磨外圓產(chǎn)生圓度超差的主要原因。

通過對該型號軸體的加工數(shù)據(jù)收集分析，在正常生產(chǎn)條件下，基準(zhǔn)外圓的圓度誤差最后按照約1/4～1/3傳遞到磨削外圓上。因此工藝上要求該基準(zhǔn)位圓度誤差必須小于0.03，而且將此作為質(zhì)量管控的重點內(nèi)容。由于測量方便，加工過程中可以隨時進(jìn)行抽檢，及時做出調(diào)整。

可知，在車外圓時，外圓基準(zhǔn)位的圓度誤差主要來源于：機床主軸回轉(zhuǎn)誤差、刀具切削剛性不足，軸管毛坯跳動大等。

機床主軸回轉(zhuǎn)誤差主要來源于軸承損壞或軸承鎖緊螺母松動。刀具切削剛度不足，主要是由于吃刀量過大、刀具懸伸過長等原因，通過較少吃刀量及縮短刀桿懸伸長度可以有效控制基準(zhǔn)位圓度。軸體毛坯跳動過大，則可多次進(jìn)刀來將基準(zhǔn)位圓度控制在要求范圍。根據(jù)以上分析，通過交叉對比排查基準(zhǔn)位橢圓超差的原因，采取針對性措施，可迅速做出反應(yīng)，整改到位。

4.結(jié)論

眾多資料及實踐表明，在外圓磨削中，中心孔圓度誤差是磨削位圓度超差的主要來源。通過對車軸中心孔誤差的來源分析，確認(rèn)車中心孔時作為支撐基準(zhǔn)的外圓的圓度是造成中心孔誤差的主要來源。實踐證明，通過控制基準(zhǔn)位的圓度誤差來降低車軸磨削外圓圓度誤差是直接有效的途徑。這項改進(jìn)措施，使得車軸由于磨削圓度超差而報廢的數(shù)量大大減少。在中心孔沒有增加修研的情況下，能夠通過簡單有效的方法，提高產(chǎn)品質(zhì)量，值得參考和推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1] 何漢輝，王世民. 精密加工中頂尖、中心孔形狀誤差對工件圓度的影響及作用機理，國防科技大學(xué)學(xué)報，1996，Vol.18 No.2，32-37

[2] 孫海林.中心孔誤差對精磨工件外圓的影響，磨床與磨削，1984.第8期，68-74

[3] 繆勇，高萍.中心孔對精加工質(zhì)量的影響及修研方法，汽車科技，2002，27-29

[4] 王先逵主編，機械制造工藝學(xué)，北京：機械工業(yè)出版社，2011