細長螺紋工件固定軸的高效加工方法

孟祥志，王德寬，張王生，陳文輝，李昕，付廣東

北方華安工業(yè)集團有限公司 黑龍江齊齊哈爾 161006

1 序言

某專項產(chǎn)品的固定軸（見圖1）是國家某重點項目的關(guān)鍵零件，材料為45鋼（符合G B/T699―2015），全長950－0.1mm，大端直徑100－0.2mm，中段直徑50－0.05mm，小端螺紋M5-6g，螺紋長20mm。圖樣要 求φ50－0.05m m與 螺 紋M 5×0.8 m m-6 g同 軸 度≤0.05mm，工件直線度≤0.03mm。

圖1 固定軸

固定軸原加工方法是采用數(shù)控車床和機用套絲工具分別進行外形和螺紋的加工。因工件細長、剛性差，所以出現(xiàn)φ50－0.05mm尺寸超差，直線度差，表面粗糙度達不到圖樣要求的現(xiàn)象。φ5－0－0.05mm與螺紋M5-6g分兩次裝夾加工，在使用機用套絲工具加工螺紋時，由于切削量大，工件在套削螺紋過程中發(fā)生扭轉(zhuǎn)和彎曲變形，導(dǎo)致螺紋套偏，出現(xiàn)M5-6g螺紋與φ50－0.05mm不同軸及螺紋崩牙的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致固定軸在裝配過程中旋緊困難。

由于固定軸承載強度較高，所以設(shè)計人員選擇開一字槽的方式進行旋緊。同時由于產(chǎn)品對工件的靜載拉力有嚴格要求，一字槽的深淺直接影響靜載拉力試驗結(jié)果，所以圖樣設(shè)定一字槽的深度為1+0.1+0mm，原加工方法采用普通銑床進行加工，V形鐵裝夾，活擋鐵定位，一次裝夾一個工件，但因加工效率低，加工質(zhì)量差，致使尺寸公差無法保證，個別工件還出現(xiàn)銑偏的現(xiàn)象。

固定軸的螺紋端聯(lián)接固定板，起拉緊和固定的作用，原加工方法在螺紋端鉆φ2mm、深度5mm的中心孔，用來頂緊工件，φ2mm中心孔直接影響螺紋的強度。設(shè)計人員要求固定軸的螺紋端不允許留有中心孔，對加工工藝提出了新的要求。而且加工中心孔需要反復(fù)更換鉆夾頭和活頂尖，嚴重影響加工效率。

為了解決上述問題，改進工藝方法。改進后的工藝流程為：下料→正火→車全形（車螺紋，中徑留量0.05mm）→車假頂尖孔→定全長→套螺紋→銑槽→靜載拉力試驗。

2 下料

工件毛坯φ14mm，單件全長95mm，由于直線度要求高，故工件需要增加工藝夾頭及螺紋假頂孔，單件毛坯長度100mm，8件一體進行下料，下料長度900mm。

3 正火

因工件對力學(xué)性能有較高的要求，抗拉強度≥600MPa，下屈服強度≥355MPa，斷后伸長率≥14%，斷面收縮率≥40%，故需要對其進行正火處理。正火溫度850℃，保溫時間1.5h，出爐后進行風冷。

4 車全形

工件長徑比近20，需采用一夾一頂?shù)姆绞竭M行裝夾，在固定軸小端留φ3m m假頂尖孔，設(shè)計了車削專用頂尖。因鉆中心孔影響加工效率，故制作了頂尖心軸，材料為T10高碳鋼，淬火硬度52～55H R C。采用旋緊尾座手柄直接頂緊的方法，頂緊力使頂尖嵌入工件0.8m m左右，既起到支撐工件的作用，又防止了因頂緊力過大而導(dǎo)致的工件變形。該加工方法減少了打中心孔工序，提高了加工效率。優(yōu)先選用山特維克可樂滿266R G-16M M01A100M 1125型刀片、266R F G-2020-16型刀體、N123G2-0300-003-CR1125型刀片和RF123G10-2020B型刀體，以及株洲鉆石YBC252 DCMT11T304-HF型刀片、三祿MDPNN2020K11型刀體進行車削，保證了加工質(zhì)量。

具體操作步驟為：首先將工件毛坯夾緊，伸出105mm，采用專用頂尖（見圖2）將工件頂緊；起動數(shù)控車床，對固定軸外形全形進行加工。由于工件的剛性差，M5-6g螺紋在車削過程中出現(xiàn)讓刀現(xiàn)象，所以為了保證產(chǎn)品的一致性，螺紋中徑留量0.03～0.05mm。采用M5-6g板牙對螺紋進行精加工，保證螺紋的加工精度，其余部分一次裝夾加工完成，全長留量，切單件。加工完的工件采用專用通、止卡板檢測外徑（見圖3），采用專用量具檢測直線度（見圖4），保證工件直徑合格，直線度滿足圖樣要求。

圖2 專用頂尖

圖3 采用專用通、止卡板檢測外徑

圖4 采用專用量具檢測直線度

數(shù)控加工程序（DTM-5T數(shù)控系統(tǒng)）如下。

5 車假頂尖孔

采用長兩瓣瓦專用夾具對固定軸進行裝夾，保證固定軸的90°錐面與夾具90°錐面貼合嚴實，實現(xiàn)定位車削。圖5為車假頂尖孔控制圖1所示2.7mm尺寸。去除大端切斷工件后所留假頂尖孔，用圖6所示專用角度卡板檢測90°錐面并控制圖1所示2.7mm尺寸。

圖5 車假頂尖孔控制圖1所示2.7mm尺寸

圖6 專用角度卡板檢測90°錐面

6 定全長

將車完假頂尖孔的固定軸裝夾在專用兩瓣瓦夾具中，采用CA6140型臥式車床進行加工，將固定軸螺紋末端的假頂尖孔去除并控制全長尺寸（見圖7），倒角C0.5mm。將全長尺寸公差控制在95－0－0.05m m，保證產(chǎn)品質(zhì)量和尺寸一致性，使用專用卡板檢測全長（見圖8）。

圖7 將固定軸螺紋末端的假頂尖孔去除并控制全長尺寸

圖8 使用專用卡板檢測全長

7 套螺紋

采用M5-6g螺紋板牙對定完全長的固定軸螺紋進行精加工。由于留量較少，所以僅需輕輕轉(zhuǎn)動板牙即可進行套螺紋，去量小，僅有微量的切屑產(chǎn)生，切削力小，表面加工質(zhì)量好。由于板牙沿螺紋粗加工后的牙型旋進，因此保證了螺紋與φ50－0.05mm同軸。每件加工完螺紋的固定軸均采用M5-6g通止螺紋環(huán)規(guī)進行測量，嚴格保證產(chǎn)品質(zhì)量。

采用M5螺紋專用保護套對螺紋進行保護，防止周轉(zhuǎn)過程中發(fā)生磕碰。

8 銑槽

采用臥式銑床對固定軸的一字槽進行加工。為了確保槽深一致并提高加工效率，設(shè)計了如圖9所示的一字槽專用銑削工裝。該工裝由本體、壓板、定位板和鎖緊螺釘?shù)葞撞糠纸M成，本體由線切割一次裝夾加工10個V形槽，各V形槽底面均與工裝側(cè)面相平行，能夠一次裝夾10個固定軸，相鄰兩個固定軸采用一個壓板進行壓緊，避免了一個壓板壓多個工件而出現(xiàn)的松動現(xiàn)象。固定軸小端頂在定位板上，保證了各工件定位一致。

圖9 一字槽專用銑削工裝

將工裝固定在銑床工作臺上，打表拉直工裝側(cè)面，保證銑刀與工裝側(cè)面相平行，銑刀對正固定軸中心線，對固定軸大端一字槽進行加工。加工完畢的工件采用一字槽深度量規(guī)進行檢測，保證一字槽深度尺寸公差。

9 靜載拉力試驗

固定軸的靜載拉力要求在10kN的拉力下，檢測軸向拉伸變量＜0.3mm。為此專門設(shè)計了靜載拉力檢測夾具，大端配合部位為90°錐面，小端配合部位為M5-7h的螺紋。把螺釘放入定位套，螺釘?shù)某令^錐面和定位套的錐面配合，定位套和上接頭用螺紋聯(lián)接，螺釘?shù)穆菁y端和鎖緊套的螺紋聯(lián)接，鎖緊套的外螺紋旋入下接體，組成拉力測試試驗裝置。圖10為靜載拉力試驗檢測，拉力機選用圖11所示的30t靜載拉力試驗機。拉力試驗結(jié)果滿足產(chǎn)品設(shè)計要求。

圖10 靜載拉力試驗檢測示意

圖11 30t靜載拉力試驗機

10 結(jié)束語

通過改進工藝方法，設(shè)計制作專用夾具和量具，保證了固定軸的加工質(zhì)量，提高了加工效率。