加工大型心轴造成圆柱度误差的原因与解决措施

      加工大型心轴造成圆柱度误差的原因与解决措施。

      曾在调试某刨模机时，需要用到1根较大的心轴对其安装精度进行检测校正，该心轴结构如图1所示。因当时公司没有大型车床，故该心轴委外加工，但在加工后其圆柱度超出了设计要求的0.1mm，达到了0.35mm，外协单位虽然想尽办法经过几次返修，仍未达到图样要求。由于急需该心轴调试新制刨模机，故笔者就该心轴圆柱度超差的原因作了认真的分析总结，摸索出了具体的修复方法，并到加工单位进行了指导，使该心轴次修复成功。 考虑到在业内还会有类似情况的发生，现将车削该类心轴圆柱度超差的原因及合理的加工方式详述如下，以杜绝该类问题的发生。由图1可知，该心轴由1根钢管4个圆盘和2个轴头组焊而成。加工该心轴过程①在镗床上按照其钢管端的外圆校正后将该端的轴头钻中心孔。②在车床上夹持无中心孔端的钢管外圆，并用尾座上的顶尖顶住其中心孔，粗车心轴外圆，并分别在钢管的近尾座端和卡盘端的外圆上精车端用来安装中心架的段。 ③在近尾座端的钢管外圆上安装中心架并校正后，退回尾座及顶尖，车削轴头中心孔至图样尺寸。④将其调头并架上中心架车削另端轴头的中心孔至图样要求尺寸。⑤在车床主轴孔和尾座中皆安装顶尖，将心轴两端轴头的中心孔分别用车床主轴孔中的顶尖及尾座上的顶尖顶住，车削钢管外圆。如图2所示。 注意在近卡盘端的心轴圆盘侧面上先焊接1个或2个与卡盘夹爪卡夹的卡板，车削时，该卡板卡在夹爪侧面即可，以保证车削过程中心轴能与卡盘同步旋转。车削过程中的离心力导致的心轴弯曲而造成的圆柱度误差与解决措施。由于该心轴是由1根钢管4个圆盘和2个轴头组焊而成，钢管的直线度误差和2个轴头与钢管及圆盘的同轴度误差是必然存在的，因此心轴在车削过程中会存在动不平衡现象，从而心轴在车削过程中必然会由于偏载旋转而产生离心力。 根据离心高精密cnc外壳加工 力公式F＝mv2/r（m代表偏载部分的质量，单位kg；v代表偏载重心圆周运动的线速度，单位m/s；r代表偏载重心的离心运动半径，单位m）可求得车削过程中离心力的大小，m是依据钢管的弯曲状况，必须在车床上车削其至圆状态后而出现的厚半部分与薄半部分的质量差，可以利用绘图软件快速求得其近似值。当离心力能够使心轴在车削过程中发生弯曲时，车削后的心轴就存在圆柱度误差。因此，必须采用直线度较好且壁厚均匀的钢管，并尽量保证钢管圆盘和轴头的同轴度，铆接部位最好采取过渡配合的方式；另外，还必须控制工件的车削转速，以控制其离心力，不能使工件在车削过程中发生变形。 车削过程中的热变形导致心轴弯曲而造成的圆柱度误差与解决措施。在车削过程中如果转速较高吃刀深度较大切削刃不够锋利及冷却效果不好，都将造成被加工件产生较高的切削热，工件必然会因受热而伸长。钢材的热膨胀系数约为17×106/℃，该工件在加工过程中如果温度增加20℃，工件便增长约0.936mm，这会增加工件在车削过程中的挠度变形量，进步使其车削后的圆柱度误差加剧。 由于早晚天气温度的差异，温差在10℃左右非恒温室是无法克服的，即工件伸缩约0.468mm也是无法避免的。因此，车削时必须采用足够的冷却液，适当的切削参数，控制工件的切削温度。用温度感应器及时检测工件温度，做好调整控制。 由于是在非恒温室车削该件，为减小其圆柱度误差，其伸缩量必须采用弹性顶尖进行补偿。设计刚度差而造成的心轴圆柱度误差与解决措施。如果工件刚度不足以克服由于自重引起的下垂所导致的弯曲，工件的车削圆柱度也是无法保证的。必须对其结构进行加固或改用合适的钢管，增大其刚性直至满足要求。 否则，该工件也无法用作检验。车削过程中的前后顶尖中心线与机床纵向导轨的平行度误差而造成的圆柱度误差与解决措施。如果前后顶尖的中心线与机床纵向导轨在水平方向上存在平行度误差，会使工件在车削外圆后出现倒（正）锥的问题，即大小头现象。如果尾座上的顶尖（后顶尖）比主轴孔中的顶尖（前顶尖）靠近车刀，车削后的工件外圆为正锥；反之亦反。 如果前后顶尖的中心线与机床纵向导轨在垂直方向精细CNC加工上存在平行度误差，会使工件在车削外圆后出现"马鞍"现象。因此，车削前必须将前后顶尖进行同轴度校正，可以采取图2用校正套的方式进行。现将校正套扣在前顶尖上，摇尾座心轴使后顶尖慢慢插入校正套孔中，根据其外圆与校正套内孔的接触状态对尾座进行调整，直至后顶尖上下左右与校正套内孔均匀接触为止。车削过程中的前后顶尖与轴头锥孔配合松动造成的圆柱度误差与解决措施。 如果前后顶尖与工件的轴头锥孔配合松动，必然导致心轴在车削过程中就会发生跳动现象。在装夹工件前，必须将顶尖与轴头锥孔进行研磨，检验锥孔合格后方可对工件进行车削。另外，顶尖未顶紧工件也会出现该问题。车削前必须将顶尖顶紧。 车刀磨损而造成的心轴圆柱度误差与解决措施。在采用YT15刀具车削该心轴时，由于车刀工作较长，磨损是无法避免的。根据公式1＝（19100vf）/（DL）（其中v是切削线速度，单位m/min；f为进给率，单位mm/r；D为车削直径，单位mm；L为车削1件工件的无磨损长度，即恒径长度，单位mm），在转速n＝80r/min进给率f＝0.2mm/r时，可求得L近似值。 L＝[19100×（πDn/1000）×f]/D＝[19100×（14×206×80/1000）×0.2]/206≈960mm。由此可知，在车削长度为960mm时，需要重磨次车刀，并进行重新对刀车削。如果车削过程中振动较大车刀的修光刃不够圆滑车刀圆弧角过大或过小及切削液不充足等等，实际车削的恒径长度就会减小。 因此，该车削长度只是参考值，具体要结合实际测量情况而定。车床纵向导轨磨损而造成的心轴圆柱度误差与解决措施。车床在使用过程中，其导轨磨损也是必然的。如果其纵向导轨磨损后，车刀在车削进给过程中必然在高度方向上及水平方向上随导轨的磨损情况而发生"位移"现象，这就导致了车削后的心轴出现了圆柱度误差。 因此，必须选用导轨精度符合车削该轴图样要求的车床。心轴的焊接内应力导致车削后使心轴发生变形而造成的心轴圆柱度误差与解决措施。只要是组焊件，必然有焊接内应力。但焊接内应力随焊接工艺的不同而不同，并且也能消除部分。 因此，首先要采取好的焊接工艺控制焊接内应力的大小，然后采用科学的方式再去除部分焊接内应力。该心轴的焊接内应力主要在钢管两cnc多轴加工中心端与圆盘焊接的部位，制作时先将轴头与内侧圆盘组焊后，再在车床上夹住轴头车削圆盘外圆，以保证圆盘与轴头的同轴度；并使圆盘外圆小于钢管内孔0.3mm，以控制其与钢管的焊接间隙，进步控制轴头与钢管的同轴度；同时，也将外侧圆盘的外圆和内孔分别按照比钢管内孔小0.2mm和比轴头外圆大0.5mm的尺寸车好（该尺寸较为重要，在组焊外侧圆盘与钢管时，圆盘即便焊后偏心0.2mm，圆盘的内孔也不会与轴头接触，可以避免圆盘与钢管焊接后带动轴头偏心的隐患），为控制轴头与钢管组焊后的同轴度做好准备。组焊带轴头的内侧圆盘与钢管时，将内侧圆盘推入钢管中合适位置后，校验好轴头与钢管内孔的同轴度，点焊内侧圆盘与钢管，然后再用锤击轴头的方式校正轴头与钢管内孔的同轴度，即可对称施焊。最后将外侧圆盘组焊在钢管与轴头上，也是采取对称施焊的方式。 注意不论采取哪种焊接方式，焊接温度尽量控制在100℃以下，以控制焊接变形，减少焊接应力；焊接时当采取对称分布且多层多道的焊接方式；各圆盘与钢管的焊缝必须均留处间隙，以防止在焊接冷却后钢管内产生负压，同时还可消除车削过程中由于温度升高而带来的钢管内的气压提升，杜绝由于气压带来的应力变形；焊后需对工件进行简单的振动时效，进步消除焊接应力。（9）心轴的车削残余应力导致车削后使心轴发生变形而造成的心轴圆柱度误差与解决措施。在车削过程中，车刀对钢管施加了轴向力径向力和圆周力，任何个力较大，都会导致钢管发生变形。因此，须采取较小的切削深度和进给率，以减小各切削力。 并尽量将车刀的主偏角磨大些，以减小车刀对工件的径向力；将车刀的前角磨大些，以减小车刀对工件的圆周力；将车刀的主后角和副后角磨大些，进步控制车刀对工件的轴向力圆周力和径向力。同时，还需采取较小的刀尖圆弧刃，以控制切削刃深入的线性长度，控制切削力。（10）采取中心架或跟刀架而造成的心轴圆柱度误差与解决措施。在车削过程中，如果采取了中心架或跟刀架，心轴必然处于非自由状态，车削后的心轴必然会发生较大的圆柱度误差。

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      加工大型心轴造成圆柱度误差的原因与解决措施。

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