0 引言

隨著科技的發(fā)展，高速電機(jī)因具備轉(zhuǎn)速快、噪聲低、體積小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于五金、鋁材、木材等行業(yè)。高速電機(jī)也叫主軸電機(jī)，其主軸本體一般由主軸頭、主軸中心軸、主軸尾緩沖板等部分組成。高速電機(jī)制作工藝要求高、做工細(xì)致，其中任意一個(gè)零部件的精度達(dá)不到要求都會(huì)導(dǎo)致該電機(jī)達(dá)不到行業(yè)應(yīng)用的技術(shù)要求。

1主軸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)要求

影響高速電機(jī)精度的因素有多個(gè)方面，從機(jī)加工角度考慮，首先是各組成零件的加工精度，其次是高速電機(jī)的裝配精度，最后是高速電機(jī)的使用和保養(yǎng)。主軸是組成高速電機(jī)的核心零件，其精度直接影響電機(jī)的使用性能與使用壽命，本文研究的是國(guó)內(nèi)某電機(jī)公司生產(chǎn)的高速電機(jī)主軸的加工工藝。

該電機(jī)主軸零件圖如圖1所示，由圖可知該主軸零件細(xì)長(zhǎng)且為空心結(jié)構(gòu)，其薄壁加大了機(jī)加工難度。該零件的關(guān)鍵尺寸有與自制錐規(guī)配合的大端錐孔、與軸承配合的 和 ?45_-0.002^+0.003mm 、與轉(zhuǎn)子鐵芯配合的 ?52_+0.054^+0.065 mm及與編碼器配合的 ?40_-0.002^+0.003mm ，若有一處精度達(dá)不到要求，就會(huì)造成電機(jī)無(wú)法包裝，噪聲大，性能達(dá)不到要求。

2 加工方法

主軸零件毛壞材料選用40Cr棒料，這是一種合金結(jié)構(gòu)鋼，是中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB699中規(guī)定的材料之一，其化學(xué)成分及力學(xué)性能如表1所示[1]。

由表1可知，該材料抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度較高，具有較好的綜合力學(xué)性能。當(dāng)經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砗罂色@得一定的韌性、塑性和耐磨性。

在機(jī)加工前，首先將主軸毛壞進(jìn)行鍛造處理，以消除金屬材料在冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的鑄態(tài)疏松等缺陷，起到優(yōu)化微觀組織結(jié)構(gòu)的作用；再通過(guò)退火處理來(lái)消除軸的內(nèi)應(yīng)力，以提升軸的韌性，降低其硬度，有利于后續(xù)機(jī)械加工。機(jī)加工前軸毛坯外形尺寸如圖2所示，由于軸類(lèi)零件具有回轉(zhuǎn)表面，其表面粗糙度要求 Ra=0.8μm ，局部要求 Ra=0.4μm ，精度較高，因此在車(chē)削完后還需進(jìn)行磨削處理，其關(guān)鍵加工工藝如表2所示。

3 主要工藝過(guò)程

由圖1可知，軸的總長(zhǎng)是 492mm ，直徑最細(xì)處是40mm ，在車(chē)削加工過(guò)程中易發(fā)生彎曲變形。由于工件定位表面為單一圓柱面，可以采用車(chē)床通用夾具進(jìn)行裝夾。不過(guò)，每種裝夾形式都有其優(yōu)缺點(diǎn)，比如兩頂尖，裝夾時(shí)工件無(wú)須找正，定位精度較高，特別適用于長(zhǎng)徑比為 4～15 的實(shí)心軸類(lèi)零件，但其剛度較低，在切削加工過(guò)程中切削用量大，會(huì)產(chǎn)生較大軸向切削力，使軸發(fā)生彎曲變形；一夾一頂形式提供了較好的支撐，使零件安裝剛性好，在加工過(guò)程中減少了變形和振動(dòng)，但由于只夾一端，另一端容易出現(xiàn)較大傾斜度，使加工不夠徹底，加工精度低；三爪夾持操作簡(jiǎn)單方便，且?jiàn)A緊力較大，可以有效夾緊物體并保證工件的穩(wěn)定，但由于夾緊過(guò)程非對(duì)稱(chēng)，當(dāng)工件較長(zhǎng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)夾緊不穩(wěn)定的情況，從而影響加工質(zhì)量[2-3]。

綜上，針對(duì)本軸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在不同的加工階段采用不同的裝夾形式，并采用以外圓表面為定位基準(zhǔn)以及外圓表面和中心孔互為定位基準(zhǔn)的形式進(jìn)行加工。

3.1 拉毛刀

1）用兩頂夾定位，毛壞大端毛刀光出到 ?35mm×

10mm ，另一端毛刀光出到 ?52mm×25mm 2）一夾一頂車(chē)各檔外圓到圖3尺寸；3）小端用三爪夾持，大端上中心架去除 ?35mm×

10mm ，打中心孔A型2.5；4）作另一端中心孔A型2.5。

3.2 粗車(chē)

在工序3調(diào)質(zhì)后，修兩端中心孔，用二頂夾打表，檢查彎曲度 lt;2mm ，粗車(chē)圖3中 ?98mm??65mm 、

?60mm.?56mm 檔尺寸到 ?52mm 。

3.3 鉆通孔

1）用三爪夾持尾部，大端上中心架，校正；

2）打中心孔A型3.15；

3）鉆孔通孔 ?24mm 大端孔 ?26mm×260₀^+0.5m n，不允許兩端鉆孔，確保兩孔同心度在 0.2mm 范圍內(nèi)，內(nèi)孔出口處與外徑偏差 lt;2mm 。

3.4 半精車(chē)

1）研磨兩端孔口；

2）用雙頂尖定位，加工各檔尺寸；

3）搭中心架，車(chē)端面，確保大端在 ?26mm× 259_+0.2^+0.5mm 的深孔基礎(chǔ)上加工錐孔，錐孔用自制莫氏4#錐規(guī)配復(fù)接觸面 gt;75%

4）掉頭，搭中心架，車(chē)端面定長(zhǎng) 492_+0.2^+0.5 mm，小端鏜內(nèi)孔 ?28^+0.1mm×26mm ，鏜退刀槽 ?28mm×13mm ，確保長(zhǎng)度 131mm ，鏜內(nèi)孔 ?27mm×120mm 孔口作60^°×2mm 中心孔，粗糙度為 3.2μm ，如圖4所示。

3.5 精車(chē)

1）上堵頭靠足（堵頭與軸錐度必須符合要求）；

2）用雙頂尖加工各檔尺寸至圖5所示，銳角倒鈍。

3.6 磨削

磨削精度高，通常是外圓表面主要精加工方法，特別適用于加工淬火鋼等高硬度材料中精度高、表面粗糙度數(shù)值較小的表面。本軸關(guān)鍵尺寸精度要求高，所設(shè)置的磨削過(guò)程主要包括外磨與內(nèi)磨，外磨（粗磨）時(shí)，用雙頂尖磨相關(guān)尺寸至 ?48mm±0.02mm 、?89_-0.02^+0.02mm，?55_-0.08^+0.11mm，?53_-0.12^+0.15mm，?52_-0.16^+0.19mm× 160mm??52_-0.08^+0.11mm??45_-0.08^+0.11mm??40_-0.08^+0.11mm; 內(nèi)磨（半精磨）時(shí)，將零件距大端端面 86mm 處上中心架，尾部用頂尖加拉簧進(jìn)行定位，在距尾部 98mm 、大端 80mm 處打表，使跳動(dòng) lt;0.003mm ；磨錐孔，控制錐孔尺寸，莫氏4#錐規(guī)外露 2～3 刻度間距，接觸面 gt; 80% ，允許大頭吃硬。內(nèi)磨（精磨錐孔）時(shí)，重復(fù)內(nèi)磨（半精磨）步驟，最后端面光出。

在外磨（粗磨）與內(nèi)磨（半精磨）結(jié)束后進(jìn)行氮化處理，再對(duì)軸外形進(jìn)行外磨（半精磨）。首先將錐孔清理干凈并上堵頭，配合面必須要貼合，會(huì)自鎖；其次研中心孔，磨之前打表，檢查跳動(dòng)情況，如果跳動(dòng) gt; 0.02mm ，拆卸堵頭，重新安裝，打表；磨各檔尺寸至?48_-0.08^+0.05mm??89_-0.08^-0.05mm??55_+0.04^+0.06mm??55_-0.10^-0.05mm× 35mm，?53_-0.17^-0.16mm，?52_+0.10^+0.13mm×160mm，?52_+0.04^+0.06mm， ?45_+0.04^+0.06*mm.?40_+0.04^+0.06*mm.?40_-0.10^-0.05*mm×20*mm ，確保各檔尺寸形位公差符合圖1要求；最后將端面光出。外磨（精磨）時(shí)重復(fù)外磨（半精磨）步驟，將各檔尺寸磨至圖1要求。

3.7 車(chē)螺紋

1）用兩頂尖加工（堵頭不允許松動(dòng)，防止精度走失），活絡(luò)頂尖改用強(qiáng)力頂尖，確保螺紋與軸向垂直，加工前打表跳動(dòng) lt;0.005mm

2）精車(chē)螺紋 M40×1.5mm.M55×2mm ，螺紋收尾處留 4mm ，用螺紋規(guī)配車(chē)。

3.8 熱處理

熱處理是將金屬材料放在一定的介質(zhì)內(nèi)加熱、保溫、冷卻，通過(guò)改變材料表面或內(nèi)部的金相組織結(jié)構(gòu)來(lái)控制其性能的一種金屬熱加工工藝。本空心軸加工過(guò)程中設(shè)置了4次熱處理，首先在毛刀后進(jìn)行的調(diào)質(zhì)處理是為了使鋼的性能、材質(zhì)得到很大程度的調(diào)整，使其強(qiáng)度、塑性和韌性都較好，具有良好的綜合機(jī)械性能；表1中時(shí)效處理的目的是消除工件的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織和尺寸，改善機(jī)械性能等；本工藝在氮化處理時(shí)采用液體氮化，深度 0.5mm ，硬度HV700，預(yù)加工螺紋處作不氮化處理進(jìn)行保護(hù)，氮化時(shí)垂直吊掛，防止變形[4]。

4結(jié)束語(yǔ)

軸類(lèi)零件的加工方法有多種，根據(jù)零件的使用用途分析其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求，并根據(jù)生產(chǎn)批量、企業(yè)自身設(shè)備條件等編制合理的加工工藝，可以提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，并延長(zhǎng)零件的使用壽命。企業(yè)實(shí)踐證明，該種工藝方式所生產(chǎn)的軸精度達(dá)到要求，裝配后，電機(jī)的使用性能較好，這給軸類(lèi)零件的加工提供了參考，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

[參考文獻(xiàn)]

[1]祝水琴，徐良偉.機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)及實(shí)施[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2024.

[2]陳祥林，張紅兵.轉(zhuǎn)向箱加工工藝的應(yīng)用研究［J].蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2022，33（1）：17-21.

[3]蔣開(kāi)勇.42CrMo鋼高精度主軸加工工藝研究［J].煤礦機(jī)械，2024，45（12）：101-104.

[4]崔忠圻，覃耀春.金屬學(xué)與熱處理[M].3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2020.

收稿日期：2025-01-22

作者簡(jiǎn)介：郭秀華 （1976-） ，女，江蘇高郵人，碩士研究生，講師，研究方向：數(shù)控加工、機(jī)電一體化技術(shù)。