一种小型细长阶梯轴的制造工艺

2010-03-01王青成

装备制造技术 2010年12期

王青成

（中国空空导弹研究院，河南洛阳 471009）

小型细长阶梯轴零件，在精密机械行业的应用越来越广泛，但在其加工中同轴度难以保证的问题，一直困扰着现场的生产。该类零件直径小，中间粗两端细，长径比在25～50之间，加工过程中，由于其直径小、长度大的影响，零件同轴度很难达到图纸要求。为了保证图纸要求，加工过程中需要解决的问题，是减少车削过程中的振动和变形，工艺安排上需要从工件装夹方式、工序安排、切削参数、刀具选用等多方面进行优化。

1 工艺性分析

零件如图1所示，长度为85mm，外径为Φ3.5mm，最细处外径为Φ1.6mm。Φ2.4mm要求与外圆同轴度0.04mm，直线度0.08mm，零件材料为结构钢，来料毛坯为Φ4mm的棒料。该零件为典型的直径小、中间粗两端细、长径比大的零件，具有大长径比、高精度、低刚性特点。加工中最需要解决的问题，是减少车削过程中的振动和变形，造成工件车削过程振动和变形的主要因素是受力变形，因工件直径小，长径比大，强度弱，在卡盘上夹紧时，切削力会使零件产生振动和变形，造成零件的同轴度、直线度超差，从而影响工件的尺寸精度和形状精度。因此必须采用合适的夹紧方式来减少变形。

图1 小型细长阶梯轴零件

2 加工时需考虑的两个问题

影响零件车削过程振动和变形的主要因素，有毛坯的选择和装夹定位基准的选择。

（1）毛坯的选择。一般选择符合设计图纸要求的棒料或丝材，毛坯直径选择不宜过大或过小，过大时，加工余量大，产生的内应力大，零件变形大；过小时，容易造成局部无加工余量。一般以零件最大外径为参考，其余量在0.3～0.5mm之间比较适宜。

（2）装夹定位基准的选择。小型细长阶梯轴车削时，一般采用一夹一顶的装夹方式进行，选择主定位基准，应选择一个较长的外径和中心孔作为辅助定位基准，选择主定位基准时，应尽量保证零件安装伸出机床部分长度最短，这样刚性最好，定位可靠。当零件的表面的尺寸精度、同轴度有较高的要求时，定位外径和中心孔必须有较高的同轴度要求。以防止零件车削中产生振动和变形。中心孔不宜重复使用，否则造成零件车削中产生振动和变形，影响零件的同轴度。

3 工艺路线安排

根据零件的特点，我们设计了先左后右的加工方案。备料→车→无心磨→车工→车工→检验→表面处理→入库。通过无心磨加工Φ2.4mm外圆，然后通过以Φ2.4mm外圆为定位基准，使用夹具夹紧的方式，加工中心孔为辅助定位，通过一夹一顶的方式，加工图1右边的尺寸；采用一夹一顶的定位夹紧方式加工时，装夹位置尽可能使零件伸出部分短些，尾顶施力适当，防止零件弯曲变形。最后进行检验、表面处理、入库工作。

4 夹具设计

如图2所示，设计了夹紧夹具，夹具以ΦD定位、MDXp螺纹固定于车床主轴，夹具安装前，主轴先装上与零件定位外径基本相同的弹性夹头。零件定位前，后端分别由夹具定位衬套（开口式）、弹性夹头两处定位，后端弹性夹头起辅助支撑作用；夹紧时先轻轻拉紧弹性夹头，再拧紧前端的压紧螺母，这样就能防止零件因定位面过短而产生偏斜，从而保证零件加工的同轴度要求。