化工泵用细长轴加工精度控制的研究

2020-10-12刘尚明

山东化工 2020年16期

刘尚明

(本溪市化学工业学校，辽宁本溪 117000)

化工企业大量使用泵类设备输送流体，其中有一类泵的主轴长度和直径之比超过25，称为细长轴类零件，如尿素水解给料泵、高压氨水泵的转子轴。这类轴在泵中承担着传递动力，支撑旋转零件的作用，常为多段分级结构，因为传输介质往往具有压力和腐蚀性质，轴材料要具有一定的耐蚀性能和较高的硬度。化工生产严格的工艺条件，对细长轴的尺寸、形位精度提出了较高的要求。但是，细长轴在实际加工过程中，由于连续走刀及润滑冷却的不充分，能产生受热变形，顶尖长时间的工作会卡死工件。细长轴类零件刚度较低，加工受力时工件会变形引起振动，导致工件精度达不到要求。工件的高速旋转产生离心力能加剧工件的变形，导致误差进一步的加大。因此，细长轴的加工是一个较为困难的过程，轴的加工精度难以控制，需要科学合理的设置加工参数和控制范围，确保细长轴的加工质量。

1 影响加工精度的因素

1.1 影响精度的误差

1.1.1 加工前的变形

主要是毛坯在加工过程中,由于各种原因而产生的形状误差及变形,以及运输与储存过程中由于放置管理不当而产生的变形[1]。

1.1.2 加工工艺系统误差

细长轴的加工精度由工件、刀具、夹具、机床等完整的工艺系统的精度保证，工艺系统的误差决定了加工误差。工艺系统误差包括加工机床本身的精度误差，刀具和夹具制造产生的误差，工艺系统因为加工受力及受热产生的误差，刀具走刀的原理误差，工件本身的变形产生的误差，测量产生的误差等[2]。当产生的误差与加工的工艺方向相同时，误差影响较大，确定为加工敏感方向。

2 误差分析

2.1 误差分析方法

为保证加工精度，要在加工前使工艺系统处于良好状态，进行误差的原因分析，具体有排列图、直方图、因果图、控制图等。其中，因果图又称为石川图，是把影响质量的因素按照原因和结果进行分类，以树状图的形式表现出来，便于分析以找出提高加工质量的方法。长轴加工存诸多影响精度控制的问题，有不同尺寸和公差的轴颈对精度的影响，有各个轴颈同时对基准轴的跳动度要求，为保证精度，分析所有影响加工的精度，采用因果图为工具进行分析。

图1 长轴加工精度因果分析图

2.2 因果图分析

确定主线，确定加工误差消除的目标是轴上各段对基准轴线的跳动精度达到规定值。然后，分析各种因素对加工目标的影响，按照工艺系统的各要素进行分类研究，分出主要因素和次要因素，从左到右展开各要素，形成大分支支配小分支，小分支影响大分支的树状结构图，具体如图1所示。

3 提高加工精度的关键技术措施

3.1 使用性的要求

长轴的加工首先考虑的是使用性。长轴的加工精度包含尺寸公差、形状公差和位置公差，在加工中尺寸公差限制位置公差，位置公差限制形状公差。加工精度高，成本必然提高，因此把零件加工到最佳数值是不必要的，在尽可能降低成本的条件下，保证加工精度在可接受范围内，达到轴的工艺要求是合理的方法。

3.2 精度控制的方法

3.2.1 床身及辅具的调整

加工长轴的机床要有足够的导轨长度，并且要保证导轨与车床尾座套筒中心、主轴旋转中心具有较高的同轴度。

使用数控机床加工时，跟刀架的中心要与数床的中心一致。使用普通车床加工，选用带有三个弧面支撑块的跟刀架，可以有效降低加工引起的振动，减少变形误差量，提高加工精度。跟刀架的卡爪与轴接触的夹紧力不应过大，避免出现竹节形的误差，当然夹紧力过小也不合适。同时，加工中也可以根据工艺实际使用可调节的托架，起到支撑工件、消除振动的作用。

3.2.2 装夹的适配

加工过程中，细长轴精度不达标的一个重要因素是顶尖调整的不到位，限制了细长轴膨胀，使工件产生加工误差，所以用弹簧回转顶尖是必要的。当工件热变形伸长时，工件推动顶尖压缩内部的蝶形弹簧，释放长轴的形变，这样的工件不容易弯曲。同时，提高细长轴顶尖孔的加工精度也是加工中需要注意的问题。

3.2.3 进给方式和切削用量的选择

长轴加工时，切削深度增加，会加大切削力，引起细长轴受力形变，因此加工中要求径向切削分力较小，大进给量可以降低切削分力，减少工件加工产生的弯曲变形。反向切削，可以保证较高的平稳性，具有一定的抗振性，这些对提高精度是有益的。但是需要注意的是，轴的长径比大小与切削用量是成反比的，轴长径比越大越需要考虑降低进给量。轴的材料硬度高低与进给量也是反比关系，因为泵用长轴在化工工艺条件下工作，经常选用硬度较高的金属材料，所以加工的进给量不能太高。在实际加工中，进给量要根据工艺条件和材料材质综合考虑。

3.2.4 刀具几何参数的设定

刀具主偏角对加工振动的大小有直接影响。主偏角大，轴向力变大，径向力减小，切削振动减弱，所以为提高加工精度，应选用主偏角较大的刀具。刀具前角决定了刀刃的锋利程度，刀具越锋利，加工切削热越小，但较大的前角增大了刀具的磨损，降低了刀具强度，刀具的耐用度降低，所以应合理的确定前角值。细长轴刚度较低，一般细长轴车刀的前角在20°～30° 较为合适。刀具的后角可以减少后刀面与轴表面的摩擦，直接影响轴表面质量，为减少长轴加工的上下跳动，后角不宜选择较大，可以设定在6°～8°。为使切屑流向特定区域，增加刀刃强度，刀具要刃磨卷刀槽，并保证刃倾角在5°～6°以控制切屑顺利排出，保证表面粗糙度要求[3]。