倍捻锭子心轴制造工艺改进

邹友民,唐元玉

(1.衡阳纺织机械有限公司，湖南 衡阳 421007；2.衡阳北方光电信息技术有限公司，湖南 衡阳 421001)

0 引言

衡阳纺织机械有限公司是一家专业从事特种轴承及各类锭子研发、制造的大型企业。2016年末，公司接到客户订单，要求订制一种采用两列高精度深沟球轴承作为支承的倍捻锭子。该锭子制造精度要求高，运转平稳，加油周期长，维护保养方便，使用寿命长。

1 问题描述

根据客户要求设计并制作的样品锭子进行上机试验时,发现其导纱孔相对于心轴中心偏离较大，最大跳动量达0.3 mm，远超客户对心轴(如图1所示)导纱孔与大外圆基准最大跳动量为0.08 mm的要求，严重影响成纱质量，要求改进。

图1 G327B-02型倍捻锭子心轴示意

2 原因分析

2.1 心轴结构及材质

G327B-02型倍捻锭子心轴是细长件，结构比较复杂，其大外圆上磨两沟道，中外圆上铣环型键槽，小外圆上钻细长孔，这些都导致心轴刚性差，加工过程中极易弯曲变形[1]。心轴中外圆上的环型键槽结构复杂，厚度不均匀，热处理淬火时，最容易因应力集中造成弯曲变形。

心轴采用GCr15轴承钢[2]，热处理淬火后硬度达61 HRC～65 HRC，且环型键槽处应力相对集中，校调时易从此处断裂，所以校调难以进行。检测发现，心轴小外圆相对于大外圆的跳动量已经达到0.2 mm～0.3 mm[3]。

2.2 制作工艺流程

对于台阶心轴，公司常规的制造工艺流程为：毛坯加工→热处理→粗磨大外圆→半精磨大外圆→以大外圆为基准采用履式夹具磨中外圆→以大外圆为基准采用履式夹具磨小外圆→靠磨端面→精磨大外圆→磨双沟道→超精双沟道→总检入库。从该工艺流程可以看出，倍捻锭子心轴加工均以大外圆为基准。这样做虽然能很好地控制大、中、小三档外圆的跳动，但热处理淬火所产生的弯曲变形却得不到修复，造成倍捻锭子心轴大外圆对导纱孔的跳动量超差。为此，笔者经深入探讨，对原工艺进行改进[4]。

3 工艺改进

为了确保倍捻锭子大、中、小三档外圆与导纱孔的跳动量，笔者对原工艺进行优化。其制造工艺流程修正为：毛坯加工(注：心轴毛坯两端各留6 mm作为夹持段)→热处理→外圆磨床一次夹持校正磨大、中、小三档外圆→割断夹持段→靠磨端面→磨双沟道→超精双沟道→总检入库。

公司外圆磨床自带的卡盘都是普通的三爪卡盘，虽然能自动定心，但无法校调偏心的零件。为便于外圆磨床夹持校正心轴，笔者设计并制作两个如图2所示的四点调整套。该调整套的内孔D为其所需夹持的心轴外圆直径，Δ为心轴最大弯曲变形量，该调整套上均匀分布4个便于调整心轴跳动的螺纹孔。

图2 四点调整套

该四点调整套使用方法如图3所示。使用时，首先在倍捻锭子心轴的两端分别装上合适的四点调整套2和7，并分别拧入4个M4内六角螺钉。然后将左边四点调整套2装入外圆磨床自带的三爪卡盘内，再将右边四点调整套7装配到外圆磨床自带的尾座弹性顶尖上。接着安装磁性表架，用千分表测量倍捻锭子心轴淬火后发生变形最严重的中外圆位置。分别调整8个M4内六角螺钉，使千分表所测量的跳动量不大于0.05 mm。利用四点校正方法，以倍捻锭子心轴的中小外圆为基准，通过人为调整大外圆的偏心量来磨削外圆，从而达到校正大外圆对导纱孔的跳动量。调整完毕后，拧紧内六角螺钉，一次性将心轴的大、中、小三档外圆全部磨出。由于是一次装夹，所以磨削完毕后，三档外圆的同轴度都在0.01 mm以内；且导纱孔对大外圆的跳动不大于0.06 mm，满足客户要求。

1—三爪卡盘；2—左边四点调整套；3—调节螺丝；4—倍捻锭子心轴；5—指示计；6—调节螺丝；7—右边四点调整套；8—弹性顶尖。图3 利用“四点调整套”调整示意

在心轴加工过程中，需注意以下问题：① 热处理淬火时，要求将心轴悬吊淬火，以减少心轴弯曲变

形；② 尾座采用弹性顶尖，当工件受切削热而伸长时，顶尖能轴向伸缩，以减少工件的弯曲变形；③ 磨削外圆过程中，采用高速小进刀量的方法，以减少工件弯曲变形；④ 外圆加工完毕后，需用线切割或者硬质合金车刀将夹持段割断，并靠磨端面。

4 工艺改进后的优点

4.1 操作方便，加工效率高。只需一次装夹即可将倍捻锭子心轴大、中、小三档外圆一次性磨出。

4.2 加工精度高。因三档外圆是一次装夹成型的，基准统一，所以其同轴度高，心轴外圆对导纱孔的跳动量也能得到很好保证。

4.3 调整方便。只需一个千分表，调整8个M4内六角螺钉，即将心轴变形校正好，非常方便、快捷。

4.4 生产成本降低。无需重新购买四爪卡盘，只需利用现有的机床及配件，再制作简单的四点调整套，就可满足工艺要求。

5 结语

通过制造工艺的改进和新工装的使用，确保了倍捻锭子大、中、小三档外圆与导纱孔的跳动量，后续批量制造的倍捻锭子心轴均能满足客户要求。改进后的倍捻锭子心轴制造工艺具有操作方便、加工效率高、加工精度高、调整方便以及制造成本低等优点，具有较好的应用前景。

[1] 成大先，王德夫，姬奎生，等.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002.

[2] 姚穆.纺织材料学[M].3版.北京：中国纺织出版社，2009.

[3] 中国机械工程学会设备维修专业学会.机修手册[M].北京：机械工业出版社，1977.

[4] 孟少农.机械加工工艺手册[M].北京：机械工业出版社，1991.