动力输出轴—细长轴车削工艺及工装优化

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【摘 要】针对动力输出轴的自身特点，通过分析探索，设计出尾座拉紧装置及跟刀滚压装置，总结出了合理的加工工艺方法，解决了该零件及其类似零件的加工难题。

【关键词】细长轴；切削力；切削热；振动；弯曲变形；辅助支撑；装夹方式

1、细长轴难于加工的特点

在机械加工过程中，有一部分轴类零件的长径比大于25，这种轴称之为细长轴。细长轴难于加工，主要是由于本身刚性差。细长轴车削过程中相对工件来说机床夹紧装置和车刀的刚性较好，所以变形与振动等都集中在细长轴上，从而引起很多问题，如：1、在车削时受切削力和重力的作用而产生弯曲变形和振动，从而影响加工精度和表面质量。2、在切削热的作用下，轴件产生热膨胀，零件变长，细长轴多采用一夹一顶或两顶的装夹方法加工，这使工件受挤压而产生弯曲变形。当轴以高速运转时，轴弯曲所引起的离心力会加剧轴的变形和振动。

2、动力输出轴（图1）原生产状况

如图1所示的动力输出轴材料为19CN5合金结构钢，外径有9中变化，长径比L/d达60倍，形成了刚度差的明显特点。该工件中间有多个台阶，使用跟刀架很不方便，使用中心架或分段车削，会造成加工误差大。试制时顶尖、中心架、跟刀架试了多种方法，结果跳动量最大的达2mm，一般工件跳动量在1.2mm左右。

3、对动力输出轴的车加工工艺的分析

3.1两次装夹打中心孔使加工误差增大：第一次装夹是用加长爪夹住工件中间段，打中心孔，工件本身是毛坯存在重心偏离旋转中心，在旋转过程中产生弯曲变形，当调头采用同样的方法打中心孔时，工件变形量更大。

3.2辅助支撑方式不利于细长轴加工：采用两顶及跟刀架、中心架辅助支撑，虽然能增加工件的刚度，基本消除径向切削力对工件的影响，但不能解决轴向切削力把工件压弯的问题。另外该细长轴台阶多，这也增加了使用跟刀架和中心架的调整频次和难度。

4、离合器动力输出轴加工工艺优化

4.1毛坯校直处理

毛坯必须校直在2mm以内，如果正火或调质处理后的毛坯弯曲程度大，经校直后必须进行时效处理以消除内应力。

4.2夹辅具的设计制作

4.2.1设计制作尾座拉紧装置（见图2）尾座拉紧装置将尾座的装夹方式由顶紧改为拉紧。在车削过程中，细长轴始终受到轴向拉力作用，解决了轴向切削力把细长轴压弯的问题，减小了细长轴由于径向切削力引起的弯曲变形程度，补偿了因切削热而产生的轴向伸长量，提高了细长轴的刚性和加工精度。夹具结构是一根加长无锥孔尾座套筒，在其左端安装拉紧装置即可。心轴4通过一组滚动轴承装进尾座内，使心轴4可随工件转动。压紧螺栓10、挡圈12将一组滚动轴承与件4连接，前端通过圆螺母5压紧推力轴承6、垫圈7并固定至尾座9上。圆螺母5与心轴4之间有间隙。当工件伸进件2弹性夹紧套内时，转动压紧螺母3，推动件2往右移动，件2与件4是锥度配合，从而使件2的开口变小达到拉紧工件的目的。

4.2.3设计制作跟刀滚压器（图3）拉紧力在一定程度上减小了变形，但离心力造成切削力瞬时变化从而产生振动，造成加工误差。因此设计了跟刀滚压器。它是利用三爪卡盘原有的三个等度分配且能同步进给的条件，配置上具有伸缩性的压缩弹簧，可调力，并能用定扭矩扳手检测出压力大小，通过支承架固定在大滑板上的装置。该装置调整时只需用卡盘钥匙转动卡盘孔带动固定在三个爪子上的弹簧套筒滚压轮向中心或向外移动。调压螺杆4与件12弹簧套之间是螺纹连接，件6叉杆一端连接滚轮一端穿过件4用14螺帽锁紧，通过调整件14与件4可以调节弹簧的压力并微调滚轮的位置。该装置调整方便，自动对中。车削细长轴时，当某个滚轮受到滚压力大于或等于切削力时，滚轮通过叉杆从而压缩弹簧，使弹簧通过叉杆滚轮给工件一个反作用力，从而使工件产生弯曲变形的力为零，以起到缓冲、吸振、增强工件抵抗切削力的作用。

4.3装夹方式及加工工艺的改进

尾座拉紧装置及跟刀滚压器设计后，车削细长轴时工艺改为一夹一拉加工。先用三爪夹住工件中部，用顶尖直接顶住端面，车出工序基准，调头夹住中部已加工面车出另一端的工序基准。最后采用垫钢丝圈夹紧一端工序基准，减少卡爪与工件轴向接触面，消除过定位，避免夹紧工件时产生弯曲变形；尾座拉紧装置拉紧另一端工序基准、中间用跟刀滚压器辅助支撑的装夹方式车好整个杆部。

4.4刀具几何参数的选择

车刀前角大刃口锋利，切削力和切削热降低，但前角过大将使切削刃强度降低，刀具寿命缩短。综合考虑多方因素后，取前角25°、后角5°～8°，主偏角75°、90°两种，刀尖圆弧半径0.3～0.5mm，刃倾角5°～8°，负倒棱宽0.15～0.2 mm，断屑槽宽3～4mm，为保证刀具有足够的强度和良好的散热条件，选副偏角8°～10°、副后角2°～4°。这些刀具参数的选择，使刀具实用性强，粗精加工不用换刀，耐用度高，磨一次刀可加工3～4件。

5、结束语

尾座拉紧装置和跟刀滚压器夹具的设计运用，使加工出动力输出离合器轴最大跳动量不大于0.15mm，比工序图样要求的0.3mm提高精度50%，现在每人每天可加工5～6件，工效也提高了四倍，有效的解决了动力输出离合器轴的加工难题。