沈機集團昆明機床股份有限公司 （云南 650203） 寧秀月 朱寶明 郭漢德 吳海艦

大型精密數(shù)控機床的主軸由銑軸和鏜軸組成。銑軸由于外圓和長度尺寸較大，外圓上又有很多傳遞運動的鍵槽，整體淬火很難保證其內(nèi)孔的硬度和整體的高精度要求，所以采用了在銑軸內(nèi)孔前后端鑲襯套，襯套整體淬硬的解決方法。

襯套屬于高精度薄壁零件，為了保證其加工精度，設計了專用彈性芯子用于半精磨和精磨工序加工，如圖1所示。襯套以內(nèi)孔和端面定位，擰緊壓緊螺母3，使開口套2變形脹大夾緊工件；擰緊圓螺母5，壓緊襯套7。開口套是彈性芯子的關鍵零件，為了實現(xiàn)彈性功能，采取外圓開槽的結(jié)構(gòu)。該零件在淬火時易開裂，通過不斷改進加工工藝，使開口套的加工問題得以解決。

圖1 彈性芯子

1.開口套的加工工藝及加工難點分析

（1）材料分析 開口套要求具有彈性，所以其材料采用彈簧鋼65Mn，淬火45～50HRC。65Mn材料的性能及特點：強度高，淬透性和綜合力學性能較好，脫碳傾向小，但有過熱敏感性及回火脆性，易出現(xiàn)淬火裂紋。

（2）結(jié)構(gòu)圖樣分析 圖2為開口套加工圖，其加工內(nèi)容并不復雜，關鍵在于如何滿足精度要求及解決淬火易開裂的問題。

圖2

主要技術(shù)要求如下 ：

外圓直徑199.2h6，對錐孔中心線跳動在0.01 mm內(nèi)；1∶20內(nèi)錐孔大頭直徑158.4mm，內(nèi)錐孔與芯子接觸不小于85%；長度299mm，兩端面對1:20錐孔中心線垂直在0.01mm內(nèi)；外圓上有4條6mm寬、槽底壁厚3mm的槽，有一條6mm寬的開口通槽。

傳統(tǒng)的加工工藝流程為：鍛→退火→粗車→精車→銑端面鍵及外圓槽→淬火→平磨兩端面→粗磨外圓→粗磨內(nèi)孔→定性→精磨內(nèi)孔→精磨外圓→線切割切開口通槽→精磨外圓→檢驗。

（3）存在的問題 淬火之前在外圓上銑4～6mm開口槽（槽底留壁厚3mm）及6mm通槽，是為了淬火時更好地消除車削和銑削加工應力。但開槽后導致壁厚懸殊太大，槽底尖角處會出現(xiàn)應力集中，往往導致出現(xiàn)淬火裂紋；且在淬火冷卻時，由于冷卻不均勻造成較大的變形，影響后工序加工余量，淬火后合格率僅為30%，且精度不穩(wěn)定，增加了制造成本。

2.工藝改進

（1）第一次工藝改進 工序順序。為了提高淬火合格率，第5工序只銑大端面鍵槽，外圓上的槽改到第13工序加工，即精磨內(nèi)孔和外圓之后，再進行線切割切槽（4條6mm寬、槽底壁厚3mm的槽及6mm通槽）。由于切槽的加工應力無法消除，切槽之后，內(nèi)錐孔和外圓變大0.8mm，導致開口套直接報廢。

（2）第二次工藝改進 改進零件結(jié)構(gòu)，合理安排熱處理工序。為了避免淬火時開裂，把第5工序外圓銑槽調(diào)整到第6工序淬火后。淬火采用在脫氧較好的鹽爐中加熱，避免加熱時出現(xiàn)脫碳現(xiàn)象，淬火后在第7工序線切割加工5～6mm寬槽。槽底尖角是應力最為集中的地方，切槽時在槽底留一個R1mm的圓弧以減小應力集中；切槽后增加一道熱處理工序回火（8工序），以消除切槽時產(chǎn)生的加工應力，這樣就徹底解決了淬火開裂和切槽后變形的問題，見圖5。

（3）第三次工藝改進 加工設備方面：傳統(tǒng)工藝的粗車和精車是在臥式車床上加工，由于開口套長299mm，又不能調(diào)頭加工，車1:20內(nèi)錐孔時靠手動進給，后工序的加工余量只能靠經(jīng)驗來保證，帶來加工上的困難。改進后在數(shù)控車上進行粗車和精車加工，很容易控制后工序的加工余量。

加工設備和工序順序：傳統(tǒng)工藝采用先磨外圓后磨內(nèi)錐孔的工序，而設計基準是內(nèi)錐孔中心線，工藝基準與設計基準不重合，加工時存在基準不重合誤差，且粗磨、精磨都在普通磨床上加工，影響加工精度。為了提高加工精度，改進后采用先磨內(nèi)錐孔再磨外圓的加工方式，粗磨在普通內(nèi)磨和外磨上加工，精磨在瑞士內(nèi)圓磨和瑞士外圓磨上加工，且嚴格控制磨削余量，達到粗磨和精磨分開的目的。粗磨內(nèi)錐孔時夾小頭外圓，校正大頭端面和內(nèi)錐孔跳動在0.02mm內(nèi)，與芯子1配磨，接觸不小于80%，軸向放余量3mm；粗磨外圓時，上芯子1，校正芯子跳動在0.02mm內(nèi)，頂磨外圓φ199.2h6為φ199.35mm。粗磨后油煮24h定性，消除磨削加工應力。精磨內(nèi)錐孔時，夾小頭外圓，校正內(nèi)錐孔在0.01mm內(nèi)，帶大頭端面，與芯子1配磨，接觸不小于85%，嚴格控制大頭尺寸φ158.4 mm為下差（精磨之后線切割切開開口通槽的3mm壁厚，開槽之后內(nèi)錐孔有微小變形，但仍然在公差范圍之內(nèi)）。精磨外圓時，上芯子1，校正芯子跳動在0.01mm內(nèi)，頂磨外圓φ199.2h6至尺寸及要求。

增加工序：增加一道第15道工序精磨端面。在瑞士平磨上加工，吸大端面，磨小端面與大端面平行在0.01mm內(nèi)；然后在第16工序線切割上切開6mm開口通槽的3mm壁厚，修槽底毛刺；再增加一道17工序定性（油煮24h，提高精度穩(wěn)定性）；再上芯子1，在瑞士外磨上精磨φ199.2h6至尺寸及要求，消除切槽后外圓變形量，最后按圖樣要求檢驗。

工裝方面：傳統(tǒng)工藝粗磨內(nèi)錐孔時，采用普通磨桿加工，由于孔深，磨桿伸出過長容易變形。改進后設計了專用磨桿，提高了磨桿的強度及剛性，提高了磨削質(zhì)量。

刀具方面：傳統(tǒng)工藝車削內(nèi)孔時，采用YT15硬質(zhì)合金焊接車刀。加工時由于鋼料金屬塑性變形大，摩擦強烈，切削溫度高，刀具磨損加劇，工件容易變形，影響后工序的加工，且切削應力大，淬火時開口套容易開裂及變形。為了減少摩擦及切削阻力，針對開口套的材料特性及加工要求，改進后采用山特維克可樂滿刀體和涂層刀片，較好地解決了刀具強度、韌性同硬度、耐磨性之間的矛盾，具有較好的切削性能，降低了切削力，改善了加工表面質(zhì)量。

改進后的加工工藝流程如下：鍛→退火→粗車→精車→銑端面鍵→淬火→線切割外圓槽→回火→平磨兩端面→粗磨內(nèi)孔→粗磨外圓→定性→精磨內(nèi)孔帶大端面→精磨外圓→精磨小端面→線切割切開口通槽→定性→精磨外圓→檢驗。

3.結(jié)語

通過工藝順序的變換及增減、熱處理工序的合理安排、優(yōu)化配置加工設備、專用磨桿的設計應用、刀具的合理選擇等多方面的工藝改進，解決了高精度彈性開口套零件的加工問題，保證了開口套的高加工精度，從而保障了銑軸襯套的高精度加工要求，保障了機床關鍵核心零件（銑軸）的生產(chǎn)制造，為機床的高精度使用性能奠定了基礎。

通過研究彈性開口套零件的加工工藝，為該類零件的加工制造提供了一種切實可行的參考。