來源：《金屬加工（冷加工）》雜志  

趙忠剛

（山東塔高礦業(yè)機(jī)械裝備制造有限公司）

曾在調(diào)試某刨模機(jī)時(shí)，需要用到1根較大的心軸對(duì)其安裝精度進(jìn)行檢測、校正，該心軸結(jié)構(gòu)如圖1所示。因當(dāng)時(shí)公司沒有大型車床，故該心軸委外加工，但在加工后其圓柱度超出了設(shè)計(jì)要求的0.1mm，達(dá)到了0.35mm，外協(xié)單位雖然想盡辦法經(jīng)過幾次返修，仍未達(dá)到圖樣要求。由于急需該心軸調(diào)試新制刨模機(jī)，故筆者就該心軸圓柱度超差的原因作了認(rèn)真的分析總結(jié)，摸索出了具體的修復(fù)方法，并到加工單位進(jìn)行了指導(dǎo)，使該心軸一次修復(fù)成功。考慮到在業(yè)內(nèi)還會(huì)有類似情況的發(fā)生，現(xiàn)將車削該類心軸圓柱度超差的原因及合理的加工方式詳述如下，以杜絕該類問題的發(fā)生。

圖1　心軸

1　心軸加工步驟

由圖1可知，該心軸由1根鋼管、4個(gè)圓盤和2個(gè)軸頭組焊而成。加工該心軸過程：①在鏜床上按照其鋼管一端的外圓校正后將該端的軸頭鉆中心孔。②在車床上夾持無中心孔端的鋼管外圓，并用尾座上的頂尖頂住其中心孔，粗車心軸外圓，并分別在鋼管的近尾座端和卡盤端的外圓上精車一端用來安裝中心架的一段。③在近尾座端的鋼管外圓上安裝中心架并校正后，退回尾座及頂尖，車削軸頭中心孔至圖樣尺寸。④將其調(diào)頭并架上中心架車削另一端軸頭的中心孔至圖樣要求尺寸。⑤在車床主軸孔和尾座中皆安裝頂尖，將心軸兩端軸頭的中心孔分別用車床主軸孔中的頂尖及尾座上的頂尖頂住，車削鋼管外圓。如圖2所示。

圖2　前、后頂尖校對(duì)示意

注意在近卡盤端的心軸圓盤側(cè)面上先焊接1個(gè)或2個(gè)與卡盤夾爪卡夾的卡板，車削時(shí)，該卡板卡在夾爪側(cè)面即可，以保證車削過程中心軸能與卡盤同步旋轉(zhuǎn)。

2　圓柱度誤差產(chǎn)生的原因與解決措施

（1）車削過程中的離心力導(dǎo)致的心軸彎曲而造成的圓柱度誤差與解決措施。由于該心軸是由1根鋼管、4個(gè)圓盤和2個(gè)軸頭組焊而成，鋼管的直線度誤差和2個(gè)軸頭與鋼管及圓盤的同軸度誤差是必然存在的，因此心軸在車削過程中會(huì)存在動(dòng)不平衡現(xiàn)象，從而心軸在車削過程中必然會(huì)由于偏載旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生離心力。根據(jù)離心力公式：F＝mv²/r（m代表偏載部分的質(zhì)量，單位：kg；v代表偏載重心圓周運(yùn)動(dòng)的線速度，單位：m/s；r代表偏載重心的離心運(yùn)動(dòng)半徑，單位：m）可求得車削過程中離心力的大小，m是依據(jù)鋼管的彎曲狀況，必須在車床上車削其至圓狀態(tài)后而出現(xiàn)的厚半部分與薄半部分的質(zhì)量差，可以利用繪圖軟件快速求得其近似值。當(dāng)離心力能夠使心軸在車削過程中發(fā)生彎曲時(shí)，車削后的心軸就存在圓柱度誤差。

因此，必須采用直線度較好且壁厚均勻的鋼管，并盡量保證鋼管、圓盤和軸頭的同軸度，鉚接部位Z好采取過渡配合的方式；另外，還必須控制工件的車削轉(zhuǎn)速，以控制其離心力，不能使工件在車削過程中發(fā)生變形。

（2）車削過程中的熱變形導(dǎo)致心軸彎曲而造成的圓柱度誤差與解決措施。在車削過程中如果轉(zhuǎn)速較高、吃刀深度較大、切削刃不夠鋒利及冷卻效果不好，都將造成被加工件產(chǎn)生較高的切削熱，工件必然會(huì)因受熱而伸長。鋼材的熱膨脹系數(shù)約為11.7×10^-6/℃，該工件在加工過程中如果溫度增加20℃，工件便增長約0.936mm，這會(huì)增加工件在車削過程中的撓度變形量，進(jìn)一步使其車削后的圓柱度誤差加劇。由于早晚天氣溫度的差異，溫差在10℃左右非恒溫室是無法克服的，即工件伸縮約0.468mm也是無法避免的。

因此，車削時(shí)必須采用足夠的冷卻液，適當(dāng)?shù)那邢鲄?shù)，控制工件的切削溫度。用溫度感應(yīng)器及時(shí)檢測工件溫度，做好調(diào)整控制。由于是在非恒溫室車削該件，為減小其圓柱度誤差，其伸縮量必須采用彈性頂尖進(jìn)行補(bǔ)償。

（3）設(shè)計(jì)剛度差而造成的心軸圓柱度誤差與解決措施。如果工件剛度不足以克服由于自重引起的下垂所導(dǎo)致的彎曲，工件的車削圓柱度也是無法保證的。必須對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固或改用合適的鋼管，增大其剛性直至滿足要求。否則，該工件也無法用作檢驗(yàn)。

（4）車削過程中的前、后頂尖中心線與機(jī)床縱向?qū)к壍钠叫卸日`差而造成的圓柱度誤差與解決措施。如果前、后頂尖的中心線與機(jī)床縱向?qū)к壴谒椒较蛏洗嬖谄叫卸日`差，會(huì)使工件在車削外圓后出現(xiàn)倒（正）錐的問題，即大小頭現(xiàn)象。如果尾座上的頂尖（后頂尖）比主軸孔中的頂尖（前頂尖）靠近車刀，車削后的工件外圓為正錐；反之亦反。如果前、后頂尖的中心線與機(jī)床縱向?qū)к壴诖怪狈较蛏洗嬖谄叫卸日`差，會(huì)使工件在車削外圓后出現(xiàn)“馬鞍”現(xiàn)象。

因此，車削前必須將前、后頂尖進(jìn)行同軸度校正，可以采取圖2用校正套的方式進(jìn)行。現(xiàn)將校正套扣在前頂尖上，搖尾座心軸使后頂尖慢慢插入校正套孔中，根據(jù)其外圓與校正套內(nèi)孔的接觸狀態(tài)對(duì)尾座進(jìn)行調(diào)整，直至后頂尖上下左右與校正套內(nèi)孔均勻接觸為止。

（5）車削過程中的前、后頂尖與軸頭錐孔配合松動(dòng)造成的圓柱度誤差與解決措施。如果前、后頂尖與工件的軸頭錐孔配合松動(dòng)，必然導(dǎo)致心軸在車削過程中就會(huì)發(fā)生跳動(dòng)現(xiàn)象。在裝夾工件前，必須將頂尖與軸頭錐孔進(jìn)行研磨，檢驗(yàn)錐孔合格后方可對(duì)工件進(jìn)行車削。另外，頂尖未頂緊工件也會(huì)出現(xiàn)該問題。車削前必須將頂尖頂緊。

（6）車刀磨損而造成的心軸圓柱度誤差與解決措施。在采用YT15刀具車削該心軸時(shí)，由于車刀工作時(shí)間較長，磨損是無法避免的。根據(jù)公式1＝（19 100vf）/（DL）（其中v是切削線速度，單位：m/min；f為進(jìn)給率，單位：mm/r；D為車削直徑，單位：mm；L為車削1件工件的無磨損長度，即恒徑長度，單位：mm），在轉(zhuǎn)速n＝80r/min、進(jìn)給率f＝0.2mm/r時(shí)，可求得L近似值。L＝[19 100×（πDn/1 000）×f]/D＝[19 100×（3.14×206×80/1000）×0.2]/206≈960mm。由此可知，在車削長度為960mm時(shí)，需要重磨一次車刀，并進(jìn)行重新對(duì)刀車削。如果車削過程中振動(dòng)較大、車刀的修光刃不夠圓滑、車刀圓弧角過大或過小及切削液不充足等等，實(shí)際車削的恒徑長度就會(huì)減小。因此，該車削長度只是參考值，具體要結(jié)合實(shí)際測量情況而定。

（7）車床縱向?qū)к壞p而造成的心軸圓柱度誤差與解決措施。車床在使用過程中，其導(dǎo)軌磨損也是必然的。如果其縱向?qū)к壞p后，車刀在車削進(jìn)給過程中必然在高度方向上及水平方向上隨導(dǎo)軌的磨損情況而發(fā)生“位移”現(xiàn)象，這就導(dǎo)致了車削后的心軸出現(xiàn)了圓柱度誤差。因此，必須選用導(dǎo)軌精度符合車削該軸圖樣要求的車床。

（8）心軸的焊接內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致車削后使心軸發(fā)生變形而造成的心軸圓柱度誤差與解決措施。只要是組焊件，必然有焊接內(nèi)應(yīng)力。但焊接內(nèi)應(yīng)力隨焊接工藝的不同而不同，并且也能消除一部分。因此，首先要采取好的焊接工藝控制焊接內(nèi)應(yīng)力的大小，然后采用科學(xué)的方式再去除一部分焊接內(nèi)應(yīng)力。該心軸的焊接內(nèi)應(yīng)力主要在鋼管兩端與圓盤焊接的部位，制作時(shí)先將軸頭與內(nèi)側(cè)圓盤組焊后，再在車床上夾住軸頭車削圓盤外圓，以保證圓盤與軸頭的同軸度；并使圓盤外圓小于鋼管內(nèi)孔0.3mm，以控制其與鋼管的焊接間隙，進(jìn)一步控制軸頭與鋼管的同軸度；同時(shí)，也將外側(cè)圓盤的外圓和內(nèi)孔分別按照比鋼管內(nèi)孔小0.2mm和比軸頭外圓大0.5mm的尺寸車好（該尺寸較為重要，在組焊外側(cè)圓盤與鋼管時(shí)，圓盤即便焊后偏心0.2mm，圓盤的內(nèi)孔也不會(huì)與軸頭接觸，可以避免圓盤與鋼管焊接后帶動(dòng)軸頭偏心的隱患），為控制軸頭與鋼管組焊后的同軸度做好準(zhǔn)備。組焊帶軸頭的內(nèi)側(cè)圓盤與鋼管時(shí)，將內(nèi)側(cè)圓盤推入鋼管中合適位置后，校驗(yàn)好軸頭與鋼管內(nèi)孔的同軸度，點(diǎn)焊內(nèi)側(cè)圓盤與鋼管，然后再用錘擊軸頭的方式校正軸頭與鋼管內(nèi)孔的同軸度，即可對(duì)稱施焊。Z后將外側(cè)圓盤組焊在鋼管與軸頭上，也是采取對(duì)稱施焊的方式。

注意：不論采取哪種焊接方式，焊接溫度盡量控制在100℃以下，以控制焊接變形，減少焊接應(yīng)力；焊接時(shí)當(dāng)采取對(duì)稱分布且多層多道的焊接方式；各圓盤與鋼管的焊縫必須均留一處間隙，以防止在焊接冷卻后鋼管內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，同時(shí)還可消除車削過程中由于溫度升高而帶來的鋼管內(nèi)的氣壓提升，杜絕由于氣壓帶來的應(yīng)力變形；焊后需對(duì)工件進(jìn)行簡單的振動(dòng)時(shí)效，進(jìn)一步消除焊接應(yīng)力。

（9）心軸的車削殘余應(yīng)力導(dǎo)致車削后使心軸發(fā)生變形而造成的心軸圓柱度誤差與解決措施。在車削過程中，車刀對(duì)鋼管施加了軸向力、徑向力和圓周力，任何一個(gè)力較大，都會(huì)導(dǎo)致鋼管發(fā)生變形。因此，須采取較小的切削深度和進(jìn)給率，以減小各切削力。并盡量將車刀的主偏角磨大些，以減小車刀對(duì)工件的徑向力；將車刀的前角磨大些，以減小車刀對(duì)工件的圓周力；將車刀的主后角和副后角磨大些，進(jìn)一步控制車刀對(duì)工件的軸向力、圓周力和徑向力。同時(shí)，還需采取較小的刀尖圓弧刃，以控制切削刃深入的線性長度，控制切削力。

粗車后，須將工件卸下進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效，以消除車削后鋼管的厚薄不均所產(chǎn)生的應(yīng)力及車削應(yīng)力所帶來的變形隱患。

精車時(shí)，可以采取用百分表檢測鋼管外徑的方式對(duì)車削力進(jìn)行檢測。車削時(shí)，如果百分表的波動(dòng)范圍比車削前大，說明車削力導(dǎo)致工件變形了。

（10）采取中心架或跟刀架而造成的心軸圓柱度誤差與解決措施。在車削過程中，如果采取了中心架或跟刀架，心軸必然處于非自由狀態(tài)，車削后的心軸必然會(huì)發(fā)生較大的圓柱度誤差。

3　結(jié)語

本文詳細(xì)描述了加工大型心軸造成圓柱度誤差的各類原因與解決措施，能夠提高加工大型?軸的質(zhì)量，在業(yè)內(nèi)值得交流參考。