支承轴机械加工工艺及工装改进

邢鹏鸾

摘要：文章详细介绍了支承轴机械加工工艺及工装改进的具体措施，论述了改进后的支承轴机械加工工艺在支承轴机械加工实际应用中的效果。实践证明，文章提出的支承轴机械加工工艺及工装的改进措施在支承轴机械加工的过程中具有一定的可行性和推广价值。

关键词：支承轴；机械加工；形位公差；以车代磨

由于支承轴机械零件的尺寸以及形位公差精度要求很高，采用传统的支承轴机械加工工艺进行机械零件加工时，由于加工设备的局限性和加工工艺自身的不足，很容易出现误差和规格超标，无法满足机械零件的高效精准的加工要求。本研究针对传统的支承轴机械加工工艺存在的不足进行探讨，详细介绍现代先进支承轴机械加工工艺及工装的改进措施和应用效果。

1 传统的支承轴机械加工工艺的不足

在表面感应淬火工序完成之后，支承轴的传统的机械加工工艺流程为车螺纹工序、磨外圆工序、精车小端外圆工序和精车大端外圆工序。由于加工工序偏多并且有的工序步骤涉及手工加工的部分，所以很容易出现误差。在以上的工艺流程中，存在以下不足。

1.1形状公差和位置公差的控制不够精准

众所周知，支承轴是由点、线、面构成，各个平面的面积和各个点的位置都会对零件加工的成败产生影响。在支承轴机械加工的过程中，支承轴任意结构产生形状公差和位置公差都会影响机械零件加工的实际精确度。支承轴的精车小端外圆工序和精车大端外圆工序过程中，早期的传统加工工艺中需要操作者手动对误差进行测量，根据上一步骤的测量结果作为后续流程的依据并在单项工序完成后对多项工作进行误差测量作业。很多时候需要依靠操作者找正工件来对形状公差和位置公差进行控制，导致对操作者的操作手法要求较高，不具备一定的可靠性，大端Φ150相对于基准C的同轴度φ0.025的要求无法得到保证。一旦点和面的位置出现与设计图纸不符的变动，就会造成支承轴的规格不符合加工要求。

1.2容易形成积累误差

由于支承轴机械加工工艺流程的工序分散和基准的不统一，分步进行操作所产生的细小误差会随着加工工序的进行而不断增加，非常容易形成积累误差，造成机械零件的形状公差和位置公差超差。加工流程相对简单的机械零件的积累误差较易控制，而圆形结构的机械零件的积累误差较难控制。一旦在打磨工序中产生圆弧不对称，就会影响机械零件加工的质量和效率。例如，在传统工艺中如果在不同的工序中对小端的Φ90端面和基准C进行加工，就无法对0.03 mm垂直度进行控制；在传统工艺的磨外圆工序过程中由于两处圆弧的不一致性，会造成无法一次装卡完成，同轴度Φ0.044的要求也会受到影响。

2 支承轴机械加工工艺的改进措施

我们在对支承轴传统的机械加工工艺存在的不足进行理论分析的基础上，引进了先进的高精度数控设备和加工理念，将支承轴传统的机械加工工艺中的打磨工序省去，通过车床设备完成精细化处理，在对机械零件的结构尺寸进行修改的同时完成机械零件表面的精细处理，有效地节省了机械加工消耗的时间，将“以车代磨”的工艺方法加入到支承轴机械加工中，推广应用了高速加工技术。通过对支承轴传统机械加工工艺的改进，整合了支承轴机械加工工序，简化了支承轴机械加工流程，高质量地保证了支承轴机械加工产品的精度。支承轴机械加工步骤被简化之后可以更加清晰地控制各个加工阶段的精准度，实现批量生产的目的。

“以车代磨”技术就是采用车削作为淬硬钢的精加工或者最终加工的工艺方法。根据實际情况分析，传统的硬质合金刀具和切削参数无法达到理想的加工效果，所以“以车代磨”工艺选择适合于高速切削的聚晶立方氮化硼（Polycrystalline Cubic Boron Nitride，PCBN）刀具。在加工过程中必须保持PCBN刀具刀头部位清洁，不可以堆积过多的切屑，保持PCBN刀具刀头部位的充分散热。但是切记不可以对其进行强制冷却，以免刀头崩裂。

改进后的支承轴机械加工工艺在未淬火区域和淬火区域应用一刀切屑加工成型技术，在支承轴表面感应淬火工序完成之后的工艺流程为精车大小端外圆工序。和支承轴传统的机械加工工艺相比，将车螺纹和外圆工序合并为一个工序，在半精车道序中，最终尺寸确定了花键外圆之后，其他各外圆尺寸中都留下了一定的精车余量，这样支承轴机械加工成品表面的各道工序就可以整合为一道工序来完成[1]。借助于先进的全机能数控机床，双顶一次装夹来完成所有成型面的加工工作。这里需要注意的是，工艺留量要保持在0.6～0.8 mm。

3 支承轴机械加工工装的不足和改进措施

支承轴机械加工中最重要的特性是尺寸和形位精度。我们对支承轴机械加工工艺进行了改进，采用了二顶装夹的以车代磨的加工工艺，将车螺纹和外圆工序在一个工序中完成，之后进行相应的一次装夹车成。支承轴机械加工工艺的改进虽然解决了支承轴机械加工产品的尺寸和形位精度的要求，但是也存在着一定的不足。下面我们详细介绍支承轴机械加工工装的不足和相应的工装改进措施。

3.1操作人员装夹机械零件困难

支承轴机械加工工装阶段需要将机械零件固定于夹具中。在支承轴的装夹过程中，由于支承轴的轴体突出部位较多，很难在短时间内将其精准地固定于夹具中，需要操作人员反复操作来解决，大大降低了支承轴机械零件工装阶段的效率。针对这种情况，我们对支承轴机械加工工装进行了改进，研发了一种采用端面及顶尖定位夹紧的夹具，将工装夹具的终端改为尖形结构，前顶尖为可伸缩顶尖，尾顶尖为气动控制，利用气动推进来完成夹具的操作，从而确保支承轴机械加工夹具可以按照要求进行自如的收放动作[2]。新型夹具主要由本体、弹簧、调整螺栓和顶尖构成，在支承轴机械加工使用的时候将夹具的本体和车床的主轴配合，本体安装在车床主轴的锥孔之中，将夹具的尾顶尖顶住加工工件的小端内孔的倒角位置，将加工工件的大端内孔顶住夹具的前顶尖，开启气动控制开关，此时夹具的前顶尖和弹簧受到压缩，当支承轴和夹具的端面接触后压缩停止，此时，弹簧压缩产生的弹力作用会促使前顶尖和加工工件的大端面能够有效地接触。所以，只要开启气动控制开关将尾顶尖把加工工件顶在夹具的本体上就可以进行加工。由于设备运行需要考虑轴向的问题，在加工的时候轴向为端面定位，所以可以选用一刀切的方式加工轴向尺寸要求较高的零件，大大降低了加工难度，提高了机械零件加工的优质率。

3.2大端倒角宽度尺寸不易控制

由于大端倒角的宽度尺寸并不一致，有的尺寸很难控制。支承轴机械加工过程具有连贯性，一旦意外终止会对支承轴机械加工设备和产品产生不利的影响，尤其是角度控制极为严格的圆形结构部件的加工，如果加工过程意外终止会严重影响机械零件的后续角度调整。为了保障机械零件加工作业的实际准确性，往往需要在加工过程中的不同阶段对支承轴进行角度宽度的测量，适当地合理增加车削时间，来提高机械零件的加工效果。这种方法虽然解决了机械零件加工的准确度，但是实际应用的加工时长很高，降低了机械零件加工的实际效益。

4 支承轴机械加工工艺及工装改进的应用

4.1灵活性高

在加工多种产品的时候需要经常更换产品，全机能数控工装夹具和磨床相比，调整方便，节省了大量的辅助处理时间。

4.2精度高

全机能数控和普通设备相比具有极为明显的优势，在支承轴机械加工过程中，只要选择合适的切削刀具和切削参数，就能够满足以车代磨技术的生产要求，实现产品的各项精度指标。和磨床相比，在产品整体形状公差和位置公差的控制方面具有无法比拟的优势，打破了磨床的技术局限性。

4.3经济性高

同外圆磨床相比，全机能数控具有明显的价格优势。此外，由于支承轴機械加工工艺在精加工工序的整合处理，大大节省了支承轴机械加工的人力和物力，经济效益明显。

4.4效率高

由于加工工件在车削流程中无需人为操纵，为操作者节省出许多的辅助时间去处理其他事情，大大降低了人工成本，提高了效率。

5结语

支承轴机械加工工艺是机械零件加工中的重要环节，对机械零件的加工精确度和加工效率起着决定性的作用，是现代机械加工企业提高产品质量和生产效率的重要保障。本研究针对传统的支承轴机械加工工艺存在的缺陷和不足进行了探讨，给出了支承轴机械加工工艺和工装的改进措施。本研究提出的支承轴机械加工工艺改迸措施经过实际应用取得了良好的效果，大大降低了加工成本，提高了加工效率，具有良好的经济性。

[参考文献]

[1]李勇.支承轴机械加工工艺及工装改进思考[J].装备制造技术，2014 （2）：153-154，169

[2]侯晓东.支承轴机械加工工艺及工装改进[C].洛阳：第九届河南省汽车工程技术研讨会，2012：1