中心孔對軸齒零件加工精度影響的研究

李寶明 張勤霞

摘要：在機械加工中，有許多精度要求較高的軸類零件 ， 如精密機床主軸，專用芯軸等，由于在精加工過程中工件是以中心孔為主要定位基準加工外圃，端面的，因此對中心孔精度要求很高。

關鍵詞：中心孔;大軸;高精度

目前大多數企業(yè)均采用鑄鐵棒研磨法，硬質合金頂尖擠研法，四棱頂尖擠研法，卡住擠削法，砂輪頂尖研磨等方法來對標準中心孔進 行研磨 ， 使其最終在 6 0 “錐角，幾何尺寸，粗糙度，圓度等指標上達到設計要求 ， 以此來保證工件的加工精度。但在實際加工當中 ， 我們發(fā)現 ： 當研磨較小工件的標準中心孔時（工件外形尺寸小，中心孔就小 ） ， 通過上述方法可較易達到精度要求 ， 而當研磨大型工件的標準中心孔時 ， 就比較困難 ， 從而造成工件表面同軸度，圓度及支承軸頸的相對徑向圓跳動，軸肩端面圓跳動大大超差 ， 產生廢品 ， 廢品率往往達到20%以上。

1分析與探討

齒零件上各外圓，齒輪齒圈，螺紋，花鍵等的設計基準一般都是軸的中自線 ， 在加工時用兩個中心孔心連線模擬軸線 ， 因此在制造過程中 ， 選擇兩中心孔定位 ， 既符合基準重合原則 ， 加工時又能 達到較高的相互位置精度 ， 且工件裝夾方便 。對6級以上的高精度軸類零件 ， 其中心孔技術要求為 ： 表面粗糙度Ra 0 3 2卜m ， 圓度小于. 0 8卜m ， 其錐面與磨床頂尖的接觸 面積在最后工序要達到80%以上。如果僅依靠中心鉆孔來保證精度則很難達到要求 ， 而且中心孔是以粗車外圓定位的 ， 兩端中心孔同軸度不能一致，當工件經熱處理后 ， 中心孔易發(fā)生變形 ， 因此在整個工序加工路線中 ， 都需要通過“ 互為基準 ” 的方式對中心孔和外圓進行反復研磨和磨削 ， 使工件精度和中心孔精度，錐面與磨床頂尖的接觸精度逐步提高 ， 最終達到技術要求 ， 但是這樣做的結果是生產效率很低，廢品率較高。我們知道利用硬質合金頂尖擠研，硬質合金四棱頂尖擠研及卡住擠削效率高 ， 但缺點是當中心孔D 部尺寸在必～ 以上時 （見圖1 ） ， 由于中心孔較大 ， 錐面面積相應增大 ， 增加了研磨的難度 ， 很難保證接觸精度 ; 另外加工過程中容易產生高 溫 ， 反而會擠壞中心孔 ， 并造成中心孔硬度軟化 ， 從而使工件的圓度 、 徑向圓跳動 、同軸度無法保證在 .0 002～以下。當采用砂 輪頂尖研磨法研磨中心孔時 ， 砂輪頂尖很容易磨損 ， 需經常修正 ， 既費時，檢測也不方便 ， 很容易產生廢品 ， 所以用砂輪頂尖研磨法研磨中心孔不適合于批量生產。

2.對輪齒齒圈影響

在加工過程中，因軸齒中心偏移而產生齒距偏差。即實際齒距大于或小于公稱齒距，產生齒距偏差，降低齒輪的精度。

引起齒向誤差的主要原因主要有：

（1）機床 、刀架的垂直進給方向與零件軸線有偏移 。

（2）頂尖和中心孔制造不良 ， 使定位面接觸不好，造成零件軸線與工作臺回轉中心不一致 。

（3）夾具頂尖上，下不同心 ， 引起工件上，下不同心 。

（4）中心孔有雜物 ， 裝夾后破壞中心軸線位置

3齒距累積誤差

齒距累積誤差是指在分度圓上任意兩個同側齒面的實際弧長與公稱弧長的最大差值的絕對值 ， 如圖2 所示.

引發(fā)上述問題原因主要是中心孔在開始階段已經鉆偏 ，中心孔表面被破壞，中心孔有雜物 ， 破壞中心線位置 ?；蛭膊宽敿馓鴦舆^大 ， 引起工件偏心。

4. 齒向誤差

齒向誤差是在分度圓柱面上，全齒寬范圍內 ， 包容實際齒向線的兩條設計齒向線的端面距離。

5解決方案

加工時盡量使用支承軸外圓進行定位 。裝夾困難時，可采用一夾液壓一頂方式 ， 消除由于裝夾問題而產生的外圓跳動誤差。增加研磨工序 ， 減小后續(xù)工序裝夾位置外圓的跳動誤差 ， 降低齒圈誤差。滾齒采用一頂一夾進行裝夾 ， 盡量減少工藝孔影響。在支撐軸承外圓磨削后 ， 以此外圓為基準增加校直工藝 ， 增大齒圈跳動要求 ， 從而提高齒圈與安裝位置的同軸度。齒輪精加工剃.晰或磨采用軸承安裝位置處外圓定位 ， 具體夾具需要突破傳統(tǒng)方式進行設計。為消除標準中心孔存在的缺陷 ， 可適當改變中心孔的尺寸 ， 減小600錐面面積 ， 改進的方法有兩種 ：

（ 1 ） 按工件直徑和長度 ， 不改變D部尺寸 ， 只增大d孔的尺寸。 中心孔D部在中 s mm以下 ， 仍按標準中心孔鉆削 ， 在中5中10 m m 之間時 ， 加大 d 孔 l 一 1 . sn u n ; 在中10一中15 mm孔之間時 ， 加大d孔Zmm ; 在 中15一中 20mm 之間時 ， 加大 d 孔4mm 。 以此類推，雖然沒有減小D部尺寸 ， 但由于加大d孔尺寸 ， 就使印。錐度面積減小了 ， 頂尖與中心孔錐面接觸精度也相應提高 ， 這樣不但好鉆削而且減小了研磨時間 ， 最重要的是保證了工件磨削的質量要求 ， 尤其是重長的工件此方法效果很好。

（2 ） 根據工件直徑和長度減小D部尺寸 ， 而不改變 d 孔的尺寸 ， 以此減少600錐面面積。以上兩種方法具體增加尺寸（見表1）。中心孔被改進之后存在以下幾方面的優(yōu)點

（ 1 ） 孔鉆削和研磨較簡便 ;

（2 ） 工件在熱處理發(fā)生變形，由于60。 錐面小 ， 所以好修研 ;

（3 ）對于磨削用中心孔 ， 由于6偽錐面小 ， 與頂尖印。接觸面小，能夠保證同軸度，并可減少圓度和徑向跳動，防止中心孔產生高溫，擠壞，因而能保證工件高精度要求。

結論：要想磨好一件高精度的軸類工件 ， 除了磨床本身必須符合精度要求和按操作規(guī)程外 ， 最重要的就是保證中心的修研質量 ， 根據實踐證明 ， 中心孔600錐面采用較小的尺寸對車削和磨削都比較適當，得到的效果也較好。

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