加工高速电主轴轴芯容易报废问题的解决方案

陈海凡

摘 要：高速电主轴要求在100000r/min以上高速旋转的情况下，达到低动态偏摆的工作效果。这就要求高速电主轴有相当高的制造精度，而轴芯作为高速电主轴的核心零件，对其制造精度要求自然更加严格。电主轴轴芯的加工过程中，经常出现同轴度和端面跳动超差、尺寸不稳定等问题，很难进行高精度的批量生产。本文通过修改轴芯图纸，改进加工工艺等方法，有效地解决了上述加工难题，并能稳定实现批量生产，提高了生产效率。

关键词：解决；高速；电主轴；轴芯；加工；方案

中图分类号：TH133 文献标志码：A

0 前言

随着现代加工技术的不断进步，需要越来越多的雕刻机、精密磨床、高速离心机等高档数控装备。高速电主轴作为这些装备不可或缺的重要部件，而轴芯又是高速电主轴的核心零件，其加工质量显得更为关键。轴芯的加工方法主要是车削，加工过程中经常出现尺寸很不稳定，同轴度和端面跳动超差，长度尺寸难以保证等问题，以致产生很多废品，也难实现批量生产。本文巧妙改进了车削工艺、装夹方案、刀具处理等问题后，明显提高了轴芯加工的质量，且能实现批量生产，大大提高了生产和经济效益。

1 轴芯零件图（如图1所示）

2 改进前的车削工艺步骤

2.1下料Φ38×205，毛坯车端面并钻Φ10通孔，内孔倒60°角，两顶尖车外圆至Φ36.75。

2.2 夹住Φ36.75外圆，伸出52mm，粗精工件右端内轮廓至Φ11.85 Z-98.29位置，粗精车工件右端外轮廓至Φ30.15 Z-50.02位置。

2.3工件调头，夹Φ36.75外圆，伸出50mm，粗精左端內轮廓至Φ14.45 Z-105.19位置。

2.4 用一夹一顶方式，用软爪夹Φ30.15外圆，顶左端内孔，粗精加工左端外轮廓。

3 改进前存在的问题

采用以前方案加工完成后，经常出现的问题如下：

3.1 同轴度和端面跳动超差，导致轴芯装配好后，出现噪声比较大，摩擦大、转速和加速度达不到要求，并且在高速旋转的情况下，动态偏摆大，严重影响使用效果。

3.2 Φ14.45内孔震刀，表面粗糙度差，产生锥度，尺寸不稳定。

4 分析存在的问题

4.1 Φ18.25与Φ30.15的同轴度为0.015mm，靠软爪来保证0.015的公差是比较困难的；伸出长度150mm，更加大了难度。因此在加工Φ18.25与Φ30.15时，应采用双顶尖的装夹，将原来的两次装夹改为了一次装夹，减少了加工误差。

4.2 Φ21.65与右端面的垂直度为0.02mm。在原来的方案中，这个垂直度是经过两次装夹，最后靠一夹一顶来保证的。这个垂直度与①Φ36.75与Φ30.15同轴度、②Φ30.15与左端内孔的同轴度、③软爪与Φ30.15的装夹精度等都有关系，所以很难保证。为了减少中间环节繁多的误差累计，右端面留0.05mm余量，最后用软爪夹Φ21.65精右端面，从而保证垂直度。

4.3 该轴芯全长度都有内孔，且内孔直径最小处为Φ11.8，最深处105，普通内孔刀基本无法对其进行加工，需要特别制作内孔刀。选用Φ10钨钢棒做刀杆，在刀的一头用线切割割出一个扁平位置，再通过铜将刀头焊接到钨钢棒上，这样做的好处是大大提高刀杆的强度。

4.4采用软爪装夹，使用时间长会产生磨损等情况，所以软爪要定期进行检测和修正，以免出现同轴度超差。

4.5 采用双顶尖装夹后，为了保证工件在Z方向定位能统一，所以在两端内孔与端面交界处增加60°倒角，并且要求在同一批量中这两个倒角的直径大小要统一。因为工件最后要通过两顶尖装夹来精加工外圆，如果在一批工件中这两个倒角的直径大小不统一，那双顶尖装夹后，工件在Z方向上的尺寸就会不一致，所以需要将这两个倒角的直径尺寸加工准确。

5 改进后的车削工艺步骤

5.1 与改进前步骤1一致。

5.2 以外圆Φ36.72为基准，采用软爪夹，伸出55，车削右端内孔，端面留0.05mm余量，Φ30.15直径方向尺寸留0.2mm余量，内孔采用多把多规格内孔刀完成。

5.3 以外圆Φ36.72为基准，采用软爪夹，伸出30，粗精左端面及内孔，内孔采用多把多规格内孔刀完成。

5.4 采用双顶尖装夹，粗精外轮廓。

5.5 以工件外圆Φ21.65为基准，采用软爪装夹，精车右端面。

结语

通过合理的工艺安排，加工过程中正确的检测方式，有效地解决了高速电主轴核心零件的加工难题。保证了加工的精度，提高了产品合格率和生产效率。

参考文献

[1]陈小安，张朋，刘俊峰，等.高速电主轴多场耦合动力学特性研究[J].振动工程学报，2013，26（3）：303-310.

[2]邓君，许光辉.高速电主轴采用轴芯冷却的设计[J].装备制造技，2010（7）：52-53.