一拖（洛陽(yáng)）建筑機(jī)械有限公司（河南 471003）楊贊偉 陳艷萍 陳興進(jìn) 崔 陶

1.細(xì)長(zhǎng)軸的特點(diǎn)

所謂細(xì)長(zhǎng)軸就是軸的長(zhǎng)度L與直徑d之比大于25的細(xì)長(zhǎng)工件。細(xì)長(zhǎng)工件之所以難車，主要是由于它剛性差，在切削力和切削熱的作用下，細(xì)長(zhǎng)軸很容易產(chǎn)生彎曲變形，這樣就破壞了刀具和零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性。而相對(duì)工件來(lái)說(shuō)機(jī)床和車刀的剛性好，所以車削過(guò)程中就使變形與振動(dòng)等都集中在細(xì)長(zhǎng)軸上，從而引起一系列問(wèn)題，如：

（1）在車削時(shí)受切削力和重力的作用而引起彎曲變形，產(chǎn)生振動(dòng)，從而影響加工精度和表面質(zhì)量。

（2）在切削熱的作用下，軸件會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的熱膨脹，如果兩端用固定支撐會(huì)使工件受擠壓而產(chǎn)生彎曲變形。當(dāng)軸以高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，這種軸彎曲所引起的離心力會(huì)加劇軸的變形和振動(dòng)。

（3）車削細(xì)長(zhǎng)軸在高速小進(jìn)給量精車時(shí)，刀具易于磨損，從而影響工件的尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度。

（4）工件長(zhǎng)徑比愈大，剛性愈差，切削加工愈困難。

（5）由于以上原因，車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)往往采用較低的轉(zhuǎn)速，限制了切削用量的增大，生產(chǎn)效率低。

2.動(dòng)力輸出離合器軸

從圖1可以看出，該軸所用材料為合金結(jié)構(gòu)鋼19CN5，從外徑形狀看有九種變化，長(zhǎng)徑比L/d達(dá)60倍，構(gòu)成了剛度差的明顯特點(diǎn)。該工件中間有多個(gè)臺(tái)階，使用跟刀架不方便，如果使用中心架或分段車削，勢(shì)必會(huì)造成加工誤差大，影響產(chǎn)品質(zhì)量和工作效率。

3.原生產(chǎn)情況

此零件是公司某主導(dǎo)產(chǎn)品的主要零件之一。該零件原來(lái)由專業(yè)廠制作，成本較高。為降低成本，公司開(kāi)始自己加工制作，在C6140A型車床上用傳統(tǒng)的細(xì)長(zhǎng)軸加工工藝對(duì)動(dòng)力輸出離合器軸軸坯進(jìn)行車削加工，彈性頂尖、中心架、跟刀架（兩爪、三爪）試了多遍，結(jié)果跳動(dòng)量最大的達(dá)3～4mm，一般工件跳動(dòng)量在2mm左右，每人每班只能加工一件。就這樣生產(chǎn)一年時(shí)間，后來(lái)為保證質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，公司購(gòu)買一臺(tái)數(shù)控車床，由設(shè)備方專家開(kāi)始調(diào)試，工件最小跳動(dòng)量仍在1.2mm以上，工序草圖更改多次，并多次放寬尺寸要求，仍未加工出一根不需校直的合格件。

圖1

4.質(zhì)量分析

（1）機(jī)床規(guī)格與實(shí)際軸類長(zhǎng)度相差200mm，從動(dòng)力輸出離合器軸齒坯圖上看，該工件全長(zhǎng)1204mm，這臺(tái)數(shù)控車床走刀行程長(zhǎng)度為1.2m，而尾座頂尖至卡爪的最大距離為1m，無(wú)法在一次裝夾中對(duì)該工件全長(zhǎng)上進(jìn)行加工。

（2）兩次裝夾使加工誤差增大：第一次裝夾是用加長(zhǎng)爪卡住工件靠中間段，打中心孔，頂尖頂住車外圓；而另一段則懸空在機(jī)床主軸孔里。當(dāng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于金屬質(zhì)量分布不均勻，形成離心力，更加引起變形。當(dāng)調(diào)頭再加工時(shí)仍采用與上道工序同樣的方法進(jìn)行兩端固定支承加工。就兩次裝夾加工來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)徑比仍不小于25倍。又因?yàn)榭ㄗεc工件接觸面積大，加工過(guò)程中，受切削力和切削熱作用產(chǎn)生變形，而容易形成彎曲力矩，當(dāng)取下工件時(shí)產(chǎn)生直線度變化更大。

（3）裝夾方式不利于細(xì)長(zhǎng)軸加工：采用跟刀架和中心架，雖然能夠增加工件的剛度，基本消除徑向切削力對(duì)工件的影響。但還不能解決軸向切削力把工件壓彎的問(wèn)題，特別是對(duì)于長(zhǎng)徑比較大的細(xì)長(zhǎng)軸，這種彎曲變形更為明顯；由于該細(xì)長(zhǎng)軸臺(tái)階多，外徑有九種變化，增加了使用跟刀架和中心架的調(diào)整頻次和難度，對(duì)工人的技術(shù)素質(zhì)要求高。

（4）精磨后不合格的原因主要是：①車加工后的工件擺差大，有些工件接刀處擺差達(dá)0.5 mm，形成偏心軸，無(wú)法校直，使磨削余量變大。②該工件表面淬火硬度55～57HRC，深1.5～3 mm，外硬內(nèi)軟。由于工件不直，留磨余量大，致使工件表層磨去厚薄不均，軸表面的硬度和抗彎強(qiáng)度不一樣，在磨削過(guò)程中工件會(huì)產(chǎn)生新的變形。

5.工藝改進(jìn)

具體措施如下：

（1）毛坯校直處理與機(jī)床的選用：毛坯校直在2mm以內(nèi)，如果正火或調(diào)質(zhì)處理后的毛坯彎曲度大，經(jīng)校直后必須經(jīng)過(guò)時(shí)效處理、消除內(nèi)應(yīng)力；選用1.5m加工長(zhǎng)度的臥車即可。

圖2

（2）設(shè)計(jì)制作尾座拉緊夾具（見(jiàn)圖2）：尾座拉緊裝置是將尾座的裝夾方式由傳統(tǒng)的頂緊改為拉緊。在車削過(guò)程中，細(xì)長(zhǎng)軸始終受到軸向拉力，解決了軸向切削力把細(xì)長(zhǎng)軸壓彎的問(wèn)題。同時(shí)在軸向拉力的作用下，會(huì)使細(xì)長(zhǎng)軸由于徑向切削力引起的彎曲變形程度減??；補(bǔ)償了因切削熱而產(chǎn)生的軸向伸長(zhǎng)量，提高了細(xì)長(zhǎng)軸的剛性和加工精度。夾具結(jié)構(gòu)是一根加長(zhǎng)專用尾座套筒，它沒(méi)有尾座套筒的莫氏錐度孔，而在左端安裝拉緊裝置，其他部分與機(jī)床的尾座套筒相同。

（3）設(shè)計(jì)并制造跟刀滾壓器：由于工件長(zhǎng)徑比L/d大，拉緊力只能在一定程度上起到減小變形作用，當(dāng)采用較高的金屬切除率時(shí)仍有變形和振動(dòng)。另外也為了便于使工件可靠地達(dá)到圖樣要求，降低對(duì)工人的技術(shù)素質(zhì)要求，我們又針對(duì)動(dòng)力輸出離合器軸的幾何形狀，設(shè)計(jì)了“跟刀滾壓器”。圖3所示跟刀滾壓器是利用自定心卡盤原有的三個(gè)等度分配且能同步進(jìn)給的條件，配置上具有伸縮性的壓縮彈簧，可調(diào)力，并能用定扭矩扳手檢測(cè)出壓力大小，設(shè)置支承架固定在大滑板原有的螺孔位置上的跟刀滾壓裝置。該裝置不同于一般的跟刀裝置，調(diào)整方便，自動(dòng)對(duì)中。車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，當(dāng)滾壓力大于或等于切削力時(shí)，使工件產(chǎn)生彎曲變形的力為零，以起到緩沖、吸振、增強(qiáng)工件抵抗切削力的作用，達(dá)到提高生產(chǎn)效率、提高加工精度的目的。

圖3

（4）選擇刀具合適幾何參數(shù)：為減小切削力、切削熱、徑向力，取前角25°、后角5°～8°，主偏角75°、90°兩種，刀尖圓弧半徑0.3～0.5 mm，刃傾角5°～8°，負(fù)倒棱寬0.15～0.2mm，斷屑槽寬3～4mm。為保證刀具有足夠的強(qiáng)度和良好的散熱條件，優(yōu)選副偏角8°～10°、副后角2°～4°。這些刀具的選擇，使刀具實(shí)用性增強(qiáng)，粗精加工不用換刀，壽命長(zhǎng)，磨一次刀可加工3～4件。當(dāng)切削用量的吃刀深度0.5～2.5 mm，進(jìn)給量0.5～2.5 mm/r，切削速度60～70m/min時(shí)，切屑呈銀白色或淡黃色，形成弦月?tīng)罨蚵菪隣铐樝路脚懦觥?/p>

（5）選擇合適的冷卻和潤(rùn)滑措施：選用80%的柴油加20%的N15全損耗系統(tǒng)用油可以起到良好的冷卻潤(rùn)滑作用。與乳化液相比具有滲透性強(qiáng)、潤(rùn)滑效果好的特點(diǎn)，有利于提高刀具壽命，半精車和精車時(shí)更加顯著。

（6）選擇裝夾方式：工件裝夾不當(dāng)時(shí)，會(huì)造成加工誤差。一是基準(zhǔn)位移誤差；二是夾緊誤差，當(dāng)卡爪與工件接觸面積大時(shí)，在夾緊力的作用下，引起彎曲力矩，加工完畢后，取下工件時(shí)產(chǎn)生回彈造成加工誤差大。為減少裝夾誤差，筆者采取了兩點(diǎn)措施：①夾住毛坯中部，用頂尖直接頂住端面，（主軸230r/min避免離心力大將懸空在主軸孔的另一半甩彎），分別在毛坯兩端車出工序基準(zhǔn)，待桿部車好后，再以桿部為基準(zhǔn)分別打出兩端中心孔，以減少加工誤差。②在車好后的工序基準(zhǔn)上套上一個(gè)直徑4mm彈簧開(kāi)口鋼絲圈，減少卡爪與工件軸向接觸面，消除安裝時(shí)的過(guò)定位，起到萬(wàn)向調(diào)節(jié)作用，避免夾緊工件時(shí)產(chǎn)生彎曲力矩，減少?gòu)澢冃巍?/p>

6.結(jié)語(yǔ)

這次動(dòng)力輸出離合器軸的成功實(shí)踐，一舉改變動(dòng)力輸出離合器軸加工的被動(dòng)局面，有效解決了制約公司生產(chǎn)的瓶頸因素?，F(xiàn)在每人每天可加工5～6件，最大跳動(dòng)量不大于0.15mm。從加工后的質(zhì)量看，比工序圖樣要求的0.3mm提高精度50%；使下道工序便于加工；從產(chǎn)量看比原有工效提高4倍。特別是尾座拉緊和跟刀滾壓器夾具的設(shè)計(jì)運(yùn)用，有效解決了細(xì)長(zhǎng)軸加工難題，不僅提高了加工效率，還大幅降低了制造成本。