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    軸承知識

    KNOWLEDGE

    加工大型心軸圓柱度誤差產生的原因與解決措施

    2021-08-12

    來源:《金屬加工(冷加工)》雜志  

    趙忠剛

    (山東塔高礦業機械裝備制造有限公司)

    曾在調試某刨模機時,需要用到1根較大的心軸對其安裝精度進行檢測、校正,該心軸結構如圖1所示。因當時公司沒有大型車床,故該心軸委外加工,但在加工后其圓柱度超出了設計要求的0.1mm,達到了0.35mm,外協單位雖然想盡辦法經過幾次返修,仍未達到圖樣要求。由于急需該心軸調試新制刨模機,故筆者就該心軸圓柱度超差的原因作了認真的分析總結,摸索出了具體的修復方法,并到加工單位進行了指導,使該心軸一次修復成功??紤]到在業內還會有類似情況的發生,現將車削該類心軸圓柱度超差的原因及合理的加工方式詳述如下,以杜絕該類問題的發生。

    圖1 心軸

    1 心軸加工步驟

    由圖1可知,該心軸由1根鋼管、4個圓盤和2個軸頭組焊而成。加工該心軸過程:①在鏜床上按照其鋼管一端的外圓校正后將該端的軸頭鉆中心孔。②在車床上夾持無中心孔端的鋼管外圓,并用尾座上的頂尖頂住其中心孔,粗車心軸外圓,并分別在鋼管的近尾座端和卡盤端的外圓上精車一端用來安裝中心架的一段。③在近尾座端的鋼管外圓上安裝中心架并校正后,退回尾座及頂尖,車削軸頭中心孔至圖樣尺寸。④將其調頭并架上中心架車削另一端軸頭的中心孔至圖樣要求尺寸。⑤在車床主軸孔和尾座中皆安裝頂尖,將心軸兩端軸頭的中心孔分別用車床主軸孔中的頂尖及尾座上的頂尖頂住,車削鋼管外圓。如圖2所示。

    圖2 前、后頂尖校對示意

    注意在近卡盤端的心軸圓盤側面上先焊接1個或2個與卡盤夾爪卡夾的卡板,車削時,該卡板卡在夾爪側面即可,以保證車削過程中心軸能與卡盤同步旋轉。

    2 圓柱度誤差產生的原因與解決措施

    (1)車削過程中的離心力導致的心軸彎曲而造成的圓柱度誤差與解決措施。由于該心軸是由1根鋼管、4個圓盤和2個軸頭組焊而成,鋼管的直線度誤差和2個軸頭與鋼管及圓盤的同軸度誤差是必然存在的,因此心軸在車削過程中會存在動不平衡現象,從而心軸在車削過程中必然會由于偏載旋轉而產生離心力。根據離心力公式:F=mv2/r(m代表偏載部分的質量,單位:kg;v代表偏載重心圓周運動的線速度,單位:m/s;r代表偏載重心的離心運動半徑,單位:m)可求得車削過程中離心力的大小,m是依據鋼管的彎曲狀況,必須在車床上車削其至圓狀態后而出現的厚半部分與薄半部分的質量差,可以利用繪圖軟件快速求得其近似值。當離心力能夠使心軸在車削過程中發生彎曲時,車削后的心軸就存在圓柱度誤差。

    因此,必須采用直線度較好且壁厚均勻的鋼管,并盡量保證鋼管、圓盤和軸頭的同軸度,鉚接部位最好采取過渡配合的方式;另外,還必須控制工件的車削轉速,以控制其離心力,不能使工件在車削過程中發生變形。

    (2)車削過程中的熱變形導致心軸彎曲而造成的圓柱度誤差與解決措施。在車削過程中如果轉速較高、吃刀深度較大、切削刃不夠鋒利及冷卻效果不好,都將造成被加工件產生較高的切削熱,工件必然會因受熱而伸長。鋼材的熱膨脹系數約為11.7×10-6/℃,該工件在加工過程中如果溫度增加20℃,工件便增長約0.936mm,這會增加工件在車削過程中的撓度變形量,進一步使其車削后的圓柱度誤差加劇。由于早晚天氣溫度的差異,溫差在10℃左右非恒溫室是無法克服的,即工件伸縮約0.468mm也是無法避免的。

    因此,車削時必須采用足夠的冷卻液,適當的切削參數,控制工件的切削溫度。用溫度感應器及時檢測工件溫度,做好調整控制。由于是在非恒溫室車削該件,為減小其圓柱度誤差,其伸縮量必須采用彈性頂尖進行補償。

    (3)設計剛度差而造成的心軸圓柱度誤差與解決措施。如果工件剛度不足以克服由于自重引起的下垂所導致的彎曲,工件的車削圓柱度也是無法保證的。必須對其結構進行加固或改用合適的鋼管,增大其剛性直至滿足要求。否則,該工件也無法用作檢驗。

    (4)車削過程中的前、后頂尖中心線與機床縱向導軌的平行度誤差而造成的圓柱度誤差與解決措施。如果前、后頂尖的中心線與機床縱向導軌在水平方向上存在平行度誤差,會使工件在車削外圓后出現倒(正)錐的問題,即大小頭現象。如果尾座上的頂尖(后頂尖)比主軸孔中的頂尖(前頂尖)靠近車刀,車削后的工件外圓為正錐;反之亦反。如果前、后頂尖的中心線與機床縱向導軌在垂直方向上存在平行度誤差,會使工件在車削外圓后出現“馬鞍”現象。

    因此,車削前必須將前、后頂尖進行同軸度校正,可

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