中心孔对轴齿零件加工精度影响的研究

李宝明 张勤霞

摘要：在机械加工中，有许多精度要求较高的轴类零件 ， 如精密机床主轴，专用芯轴等，由于在精加工过程中工件是以中心孔为主要定位基准加工外圃，端面的，因此对中心孔精度要求很高。

关键词：中心孔;大轴;高精度

目前大多数企业均采用铸铁棒研磨法，硬质合金顶尖挤研法，四棱顶尖挤研法，卡住挤削法，砂轮顶尖研磨等方法来对标准中心孔进 行研磨 ， 使其最终在 6 0 “锥角，几何尺寸，粗糙度，圆度等指标上达到设计要求 ， 以此来保证工件的加工精度。但在实际加工当中 ， 我们发现 ： 当研磨较小工件的标准中心孔时（工件外形尺寸小，中心孔就小 ） ， 通过上述方法可较易达到精度要求 ， 而当研磨大型工件的标准中心孔时 ， 就比较困难 ， 从而造成工件表面同轴度，圆度及支承轴颈的相对径向圆跳动，轴肩端面圆跳动大大超差 ， 产生废品 ， 废品率往往达到20%以上。

1分析与探讨

齿零件上各外圆，齿轮齿圈，螺纹，花键等的设计基准一般都是轴的中自线 ， 在加工时用两个中心孔心连线模拟轴线 ， 因此在制造过程中 ， 选择两中心孔定位 ， 既符合基准重合原则 ， 加工时又能 达到较高的相互位置精度 ， 且工件装夹方便 。对6级以上的高精度轴类零件 ， 其中心孔技术要求为 ： 表面粗糙度Ra 0 3 2卜m ， 圆度小于. 0 8卜m ， 其锥面与磨床顶尖的接触 面积在最后工序要达到80%以上。如果仅依靠中心钻孔来保证精度则很难达到要求 ， 而且中心孔是以粗车外圆定位的 ， 两端中心孔同轴度不能一致，当工件经热处理后 ， 中心孔易发生变形 ， 因此在整个工序加工路线中 ， 都需要通过“ 互为基准 ” 的方式对中心孔和外圆进行反复研磨和磨削 ， 使工件精度和中心孔精度，锥面与磨床顶尖的接触精度逐步提高 ， 最终达到技术要求 ， 但是这样做的结果是生产效率很低，废品率较高。我们知道利用硬质合金顶尖挤研，硬质合金四棱顶尖挤研及卡住挤削效率高 ， 但缺点是当中心孔D 部尺寸在必～ 以上时 （见图1 ） ， 由于中心孔较大 ， 锥面面积相应增大 ， 增加了研磨的难度 ， 很难保证接触精度 ; 另外加工过程中容易产生高 温 ， 反而会挤坏中心孔 ， 并造成中心孔硬度软化 ， 从而使工件的圆度 、 径向圆跳动 、同轴度无法保证在 .0 002～以下。当采用砂 轮顶尖研磨法研磨中心孔时 ， 砂轮顶尖很容易磨损 ， 需经常修正 ， 既费时，检测也不方便 ， 很容易产生废品 ， 所以用砂轮顶尖研磨法研磨中心孔不适合于批量生产。

2.对轮齿齿圈影响

在加工过程中，因轴齿中心偏移而产生齿距偏差。即实际齿距大于或小于公称齿距，产生齿距偏差，降低齿轮的精度。

引起齿向误差的主要原因主要有：

（1）机床 、刀架的垂直进给方向与零件轴线有偏移 。

（2）顶尖和中心孔制造不良 ， 使定位面接触不好，造成零件轴线与工作台回转中心不一致 。

（3）夹具顶尖上，下不同心 ， 引起工件上，下不同心 。

（4）中心孔有杂物 ， 装夹后破坏中心轴线位置

3齿距累积误差

齿距累积误差是指在分度圆上任意两个同侧齿面的实际弧长与公称弧长的最大差值的绝对值 ， 如图2 所示.

引发上述问题原因主要是中心孔在开始阶段已经钻偏 ，中心孔表面被破坏，中心孔有杂物 ， 破坏中心线位置 。或尾部顶尖跳动过大 ， 引起工件偏心。

4. 齿向误差

齿向误差是在分度圆柱面上，全齿宽范围内 ， 包容实际齿向线的两条设计齿向线的端面距离。

5解决方案

加工时尽量使用支承轴外圆进行定位 。装夹困难时，可采用一夹液压一顶方式 ， 消除由于装夹问题而产生的外圆跳动误差。增加研磨工序 ， 减小后续工序装夹位置外圆的跳动误差 ， 降低齿圈误差。滚齿采用一顶一夹进行装夹 ， 尽量减少工艺孔影响。在支撑轴承外圆磨削后 ， 以此外圆为基准增加校直工艺 ， 增大齿圈跳动要求 ， 从而提高齿圈与安装位置的同轴度。齿轮精加工剃.晰或磨采用轴承安装位置处外圆定位 ， 具体夹具需要突破传统方式进行设计。为消除标准中心孔存在的缺陷 ， 可适当改变中心孔的尺寸 ， 减小600锥面面积 ， 改进的方法有两种 ：

（ 1 ） 按工件直径和长度 ， 不改变D部尺寸 ， 只增大d孔的尺寸。 中心孔D部在中 s mm以下 ， 仍按标准中心孔钻削 ， 在中5中10 m m 之间时 ， 加大 d 孔 l 一 1 . sn u n ; 在中10一中15 mm孔之间时 ， 加大d孔Zmm ; 在 中15一中 20mm 之间时 ， 加大 d 孔4mm 。 以此类推，虽然没有减小D部尺寸 ， 但由于加大d孔尺寸 ， 就使印。锥度面积减小了 ， 顶尖与中心孔锥面接触精度也相应提高 ， 这样不但好钻削而且减小了研磨时间 ， 最重要的是保证了工件磨削的质量要求 ， 尤其是重长的工件此方法效果很好。

（2 ） 根据工件直径和长度减小D部尺寸 ， 而不改变 d 孔的尺寸 ， 以此减少600锥面面积。以上两种方法具体增加尺寸（见表1）。中心孔被改进之后存在以下几方面的优点

（ 1 ） 孔钻削和研磨较简便 ;

（2 ） 工件在热处理发生变形，由于60。 锥面小 ， 所以好修研 ;

（3 ）对于磨削用中心孔 ， 由于6伪锥面小 ， 与顶尖印。接触面小，能够保证同轴度，并可减少圆度和径向跳動，防止中心孔产生高温，挤坏，因而能保证工件高精度要求。

结论：要想磨好一件高精度的轴类工件 ， 除了磨床本身必须符合精度要求和按操作规程外 ， 最重要的就是保证中心的修研质量 ， 根据实践证明 ， 中心孔600锥面采用较小的尺寸对车削和磨削都比较适当，得到的效果也较好。

参考文献：

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[2]赵菲菲， 王正德.轴类零件机械加工工艺规程的制定[J].林业机械与木工设备， 2009， 37 （9） ：48-51.

[3]缪勇， 高萍.中心孔对精加工质量的影响及修研方法[J].汽车科技， 2002 （5） ：27-29.