细长轴磨削加工工艺与技术分析

彭冬梅

在普通外圆磨床上超精磨削细长轴一直是老大难问题，特别是，当工件的长径比超过30（L/D>30）时，尤为困难。美国中小型机械修造公司（厂）的长期实践表明，只要检修、调整好普通外圆磨床，合理地选择砂轮、磨削用量和工艺过程，就能满足细长轴的技术要求。

1磨削前的几项准备工作

1.1校直

细长轴校直方法有热校和冷校两种方法，热校比冷校理想。校直后的彎曲度应控制在工件每1000mm长度，其弯曲度在0.15mm以内。

1.2中心孔

中心孔是细长轴的基准、细长轴经过热处理后，中心孔将会产生变形，应对中心孔进行研磨，使其60°锥孔和圆度达到标准要求。

1.3检修机床

保证检修后的外圆磨床各项精度达到出厂时指标。

1.4调整机床

主要是调整头架与尾架间的中心距离。将工件顶在两顶尖间，用手旋转工件。感觉不松不紧为好，如果尾座顶尖是弹簧式的，可使弹簧顶尖压缩0.5～2mm，再顶住工件中心孔。

1.5检查工件

两顶尖顶住工件，先用百分表对细长轴的全长作径向跳动检查，特别是对中间弯曲度最大的地方，观察其跳动量方向是否一致。然后再用千分尺检查工件的磨削余量和各项尺寸。细长轴的磨削余量取较小值为宜。

2砂轮及磨削用量的选择

2.1砂轮的选择

根据细长轴材料的不同，选择不同磨料、硬度、粒度的砂轮，这是很重要的。磨细长轴的砂轮硬度应稍软，粒度应稍粗。砂轮的形状中间呈凹形，因为中凹形砂轮不但可减少砂轮与工件的接触面积，而且砂轮整体宽度不变，可以减少细长轴在旋转中产生自激振动。

2.2切削用量的选择

数控机床加工中的切削量，是表示机床主运动和进给运动大小的重要参数，主要包括切削深度、主轴转速和进给速度。在加工程序的编制工作中，应把各种加工用量编入工序单内。零件的加工方法不同，切削用量的选择也会有区别，粗加工时一般以提高生产效率为主，但也要考虑经济性和加工成本。半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。

切削深度的选择和机床、夹具、工件及刀具的刚度有关。在刚度允许的情况下，应选择大的切削深度，减少走刀次数，尽可能一次去除加工余量，以便提高加工效率。有时为了提高零件加工表面的加工精度和表面粗糙度，要留0.2～0.5mm的精加工余量。

主轴转速n的选择，应根据允许的切削速度v和工件直径d及加工性质来确定，按计算公式v=πdn/1000进行计算。

进给速度Vf的选择，主要考虑零件的加工精度、表面粗糙度、所用刀具及零件材料。最大进给速度受机床伺服系统性能的限制，并与脉冲当量有关。粗加工时应选用较大的数值，精加工时应选择较小的数值，在切槽、切断时应选择较低的数值。

2.3合理使用中心架

除了合理地选择中心架的数量之外，主要是在磨削过程中合理地调整中心架的两个支片：用涂色法来观察支片前端与工件表面接触与否；用手摸支片前端与工件表面是否接触；看火花，当工件、砂轮、支片三者位置一致时，用手调整支片，并观察火花是否增大。对于高精度、低粗糙度的细长轴磨削，应分粗、精磨。在精磨前应再进行一次砂轮修整，目的是要磨出大量的等高微刃，先是用锋利的金刚石笔，以很小而均匀的进给量精密地修整砂轮，然后用油石（用平面磨床磨平）或精车后的砂轮以很小而均匀的进给量进行细密地修整砂轮而获得。同时将工件放松，在两顶尖中心孔内放黄油，并放松中心架，使两支片不接触工件。然后再重新调整中心架的两个支片。百分表沿直径方向顶住工件，调整支片，当工件与支片接触，百分表立即有反应，这样我们就可控制支片的前后位置。

2.4改进中心架的结构

一般中心架支片转动的丝杠螺距较大，每旋转一周进给量在1.25～2mm。我们利用中心架原有结构，增加一套差动丝杠，使支片后部的螺母在旋转一周时，支片移动量为0.1mm，提高了支片调整精度。

2.5注意充分冷却

磨削过程中要始终保持切削液的充分供应，做到充分冷却，以避免工件发生热变形。切削液应有良好的冷却性能和润滑性能，必须净化、清洁。

3控制弯曲度的措施

细长轴的精度主要是由弯曲度、圆度、粗糙度等决定，而弯曲度和粗糙度是一个矛盾体：粗糙度在Ra0.2以上，砂轮的挤压力大，Py力也大，使工件产生弯曲，而细长轴磨削中的中心架调整又往往难以控制。因此，对于磨削高精度、低粗糙度的细长轴来说，的确是一个老大难问题。为此，可以应用万能表中的μA电流通与不通的测量原理，来测量工件与支片接触情况。中心支架两支片的改进将中心支架的两支片做些改进，在支片前端分别装上导电的铜块，再用电线与万能表一端接（+）极，另一端接（-）极，（+）极与中心架相连，（-）极与尾架相 通，当工件与支片相接时，万能表的旋转开关拨至100kΩ时，指针立即转动，表明整个电路相通了，其灵敏度很高，指针从0到最大读数值之间的摆动值为中心架支片上的移动量4μm，当万能表调整到10kΩ时，指针的摆动值为0.001mm。用这种控制方法来控制中心架支片与工件的接触，再加上“差动微调结构”来磨削高精度、低粗糙度值的细长轴，是一种比较理想的方法。这种方法就像超精磨床上的磨削指示仪那样，随时知道切削力、挤压力的大小。对于提高磨削精度，降低粗糙度值都较为有利。

4编写零件的加工程序

数控机床的加工精度高、质量稳定，是因为整个加工过程受控于程序指令，因此加工程序的编制是零件加工中的重要环节。编写加工程序时要了解所用机床的各方面性能及所具备的指令功能，然后根据数控机床规定的代码和程序格式编写出合理有效的加工程序。要将加工程序正确无误地输入到数控系统中并进行程序检验，从而完成零件的加工。

5小结

细长轴的加工是机械加工的难点，在加工过程中，如何控制零件变形是需要克服的主要难题。