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精密磨削加工细长轴的方法探讨
Dec 26, 2012  来源:  作者:华南理工大学广州学院 杨剑

      1 引言

 

      细长轴通常是指长度和直径的比值大于20 的轴类零件,如注塑机里的拉杆、螺杆、活塞杆等都属于细长轴,这类零件的加工工艺直接影响着整机的产品质量。磨削加工是用砂轮以较高的线速度对工件表面进行细微切屑的去除过程[1],由于细长轴长度和直径的比值较大,刚性较差,在磨削加工过程中工件易产生弯曲,出现腰鼓形、多角形、锥形、椭圆形和螺旋波纹等缺陷[2]。究其原因主要有:一是切削力因素,即由于细长轴刚性差,受到切削力作用而弯曲引起振动,从而影响加工精度和表面粗糙度;二是切削温度因素,即在磨削加工中产生热变形致使中心孔和顶尖配合较差,而磨削前工件经过淬火或调质等热处理后更易产生热变形;三是切削振动因素,即工件高速旋转下产生的离心力会加剧弯曲和振动[3]。因此,磨削细长轴的技术关键在于提高工件的支承刚性和减小磨削力和磨削热[4]。针对此问题本文介绍了在普通外圆磨床上进行磨削加工的操作技巧,合理采用多个中心架跟踪顶持来控制变形,较好地改善了其磨削易出现的变形和缺陷,提高了生产效率。

 

      2 加工前准备

 

      2.1 工艺分析

 

      如图1 所示的台阶细长轴,材料为45 钢,经过淬火处理,硬度为48HRC,抗拉强度为1710MPa,塑性和韧性较差,热导率为7.12W/m·K)[5],选择MW1420B 万能外圆磨床,工件转速为60r/min,砂轮特性为WAF60H6V,并修整砂轮,冷却液选用H-1 精磨液。工件直径小,为减小磨削力,粗磨时切削量为0.02mm,精磨时为0.005mm,适当增加光磨次数。

 

      2.2 工件的矫直和去应力

 

      热处理后的工件在磨削加工前须经过矫直和去应力处理,必要时应进行时效,保证零件中心点或分段均布点的圆跳动和径向跳动在0.1mm 范围[6]。

 

      2.3 工件的安装

 

      采用双拨杆配合前后双顶尖安装(后顶尖应用镶硬质合金半缺死顶尖),须对工件的两端中心孔进行研磨,注入润滑脂,左端小径处装上鸡心夹头。将磨床上下工作台标尺调整到0 刻线处,根据工件长度调整尾座与头架距离将工件装夹好,调整尾座顶尖预紧力使工件能在手带动下自如转动且无轴向窜动为宜[7]。

 

      3 磨削加工细长轴步骤

 

      由于刚性较差,磨削细长轴须在对称位置上均布使用35 个中心架,但也不是越多越好,因为每次纵向磨削时工件尺寸都会改变,中心架顶持也必须做相应调整[8]。因此,必须时刻关注中心架支撑爪对工件的顶持变化,必要时甚至需要用V 字形木锤柄头跟随砂轮进行纵向磨削[8],即跟踪顶持法。

 

      3.1 磨削第一个中心架部位

 

      在工件中部磨削出中心架支撑的外圆直径准 ,圆度和径向圆跳动应在0.005mm 以内,长度大于中心架托爪的宽度,表面粗糙度达到Ra0.4,采用横磨法切入。

 

      3.2 调整工作台顶尖与工件轴心同轴度

 

      在工件上均布三个中心架,其中在已磨好的中心架上调整垂直与水平托爪起支承作用,注入润滑油,其余中心架不起作用。磨削由于热处理形成的黑皮到见光,先对尾座侧磨削并记下砂轮横向进给手轮刻度值,再对摘要:介绍了在普通外圆磨床上精密磨削加工细长轴的方法,合理运用多个中心架跟踪顶持,较好地改善了磨削后易出现的腰鼓形、锥形、椭圆形和螺旋波纹等缺陷,且操作简单,加工质量好,大大提高了生产效率。头架侧也磨削到相同刻度,比较两端尺寸差值调整上下工作台,使顶尖与工件轴心同轴度达到要求,再进行粗磨,余量控制在0.08mm

 

      3.3 磨削其余中心架部位并粗磨外圆

 

      采取上述方法磨削其余中心架部位,使用全部中心架进行支承,粗磨轴外圆,余量控制在0.08mm,期间每进给一次,需要将下支撑块松开点,同时将侧支撑点顶紧工件,可以有效减小工件磨削时的振动[9]。

 

      3.4 精修砂轮

 

      在精磨前须最后精修一次砂轮,应从砂轮的右方进给,以使砂轮的左角尖锐锋利,并可将砂轮周边修成凹字形以减小径向力[10]。

 

      3.5 精磨各中心架和工件到尺寸

 

      精磨各个中心架部位尺寸到公差要求,并进行精磨外圆,此时依然要注意中心架的顶持情况,必要时甚至需要用V 字形木锤柄头跟随砂轮进行纵向磨削。用千分尺测量,反复进行调整中心架夹持力度并磨削轴外圆,达到工件公差要求为止。注意最后需要无进给光磨数次,以减小表面粗糙度。

 

      4 结语

 

      细长轴的加工在制造业中有着重要的作用,而磨削加工的质量要求往往直接决定着整个产品的成败与否[11],由于细长轴的刚性较差,在磨削中应该尽量避免其产生变形和其他缺陷,本文进行了精密磨削加工细长轴的方法探讨,通过实践摸索,采取有效措施,能够满足加工要求。

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