自定心静压膨胀芯轴在加工中心上的应用

马 全，陈海波，王少君，张子朋，封三伟

豫西集团河南江河机械有限责任公司（河南平顶山 467337）

1 零件介绍

我公司承接了某科研机构某产品的研发任务，其中的“镜筒”是该项目的重要零件之一，该零件的三维图如图1所示。

该零件的材质为1Cr18Ni9Ti，最大直径ϕ40+0.10mm，总长75mm，目前为小批量生产。关键是在该零件外圆柱面上分布两个公差要求很严的ϕ6+0.0120mm通孔，如图2所示。

图2 通孔分布位置示意

这两个孔的同轴度要求小于0.03mm，与内孔垂直度要求小于0.03mm，并与内孔轴线对称，如图3所示。

图3 通孔形位公差要求

2 传统加工方案

由于设备加工能力有限，在加工时由于ϕ6+0.0120mm孔精度要求高、孔径又小，精密镗刀的有效镗孔深度在15mm左右，一次装夹根本不能完成镗孔任务，只能采用数控加工中心4轴进行加工一侧ϕ6+0.0120mm孔后4轴旋转180°，再加工另一侧孔。开始采用传统的方法，制造了固定芯轴，如图4所示。

图4 固定芯轴

理论上芯轴与镜筒配合间隙要求较高，不能大于0.01mm，只有这样才能提高镜筒的加工的精度，但实际上使用该芯轴加工达不到这个效果，使镗孔加工后两个ϕ6+0.0120mm孔的同轴度合格率低，不能满足工件的使用性能及技术要求，致使工件多次出现报废。

后来考虑采用弹性定心芯轴，由于弹性芯轴的制造精度和工件结构等因素，定心精度在0.02～0.04mm，虽然有了提高，但是使用效果还是不太理想。

3 新方案及结构

为了解决这一生产难题，在总结前期经验的基础上，针对具体问题进行分析和思考，设计出了“自定心静压膨胀芯轴”。其原理是：流体在密封的容器内对容器的各处压力是均衡的，选用弹性极限较高的材料做成薄壁套筒形成一个密封的空腔，装入不可压缩的流体，对流体施加一定的压力，这个压力就会用相等的数值均匀地传到空腔的每一个部位，薄壁套筒受压产生膨胀胀紧工件。由于这个时候的薄壁其实是每一处都均匀着承受着相同的油压，因此其对工件的内孔进行胀紧后，它的夹持精度就会非常高。根据这一原理，设计了“自定心静压膨胀芯轴”，如图5所示。

图5 自定心静压膨涨芯轴1.芯轴本体 2.薄壁套筒 3.螺钉 4.镜筒5.黄油 6.活塞 7.螺栓 8.螺钉

4 工作过程

工作过程：在薄壁套筒2与芯轴1过盈配合形成的密闭空间注入黄油，螺钉8、3与铜垫圈起密封作用，工作时旋动螺栓7带动活塞6对注入的黄油施压，压力通过黄油传递到薄壁套筒使其膨胀胀紧工件，加工完毕松开螺栓7，活塞6在薄壁套筒的回弹作用力退回，黄油压力释放，松开工件。静压涨紧芯轴与被加工工件是圆柱面接触，接触面可达到薄壁80%，定位误差小，精度高，可保证被加工工件定位面与芯轴的同轴度在0.001～0.003mm，很好的保证了工件的加工精度。

5 结语

该项目的成功实施，解决了生产难题，为我公司该批次订货合同的顺利完成提供了保证，也为其他工序解决类似的定位问题提供了可以借鉴的成功经验。

从这个事实中也可以总结出“静压膨胀芯轴”在机械加工行业，特别是精密加工中的应用价值。

（1）精度高：被加工工件定位面与芯轴的同轴度在小于3μm。

（2）刚性好：在整个的夹持范围内，涨套能够稳定的保持一个圆柱形膨胀，张紧力大，不易变形，能够传递压力。

（3）经济实用：材料易购，随处可取，制造容易，操作简便，不需昂贵复杂的配套设备，降低了成本。

（4）适用范围广：薄壁套筒可多处设计在同一芯轴上，不受工件结构的制约，并且在加工中心、车床、铣床、磨床上都可以运用。