空心车轴加工工艺浅析

空心车轴加工工艺浅析

曹全奎 马文波 都江炜

中车青岛四方机车车辆股份有限公司，青岛， 266111

1摘要

本文主要针对空心车轴精车工序加工难点进行了工艺分析，并提出了车轴精车加工方案，对空心车轴在双主轴双刀塔双中心架设备上的精车加工工艺、工步的安排、刀具的选用、加工参数的设定以及数控程序的编制等问题进行了针对性论述。

2引言

在实际生产中，数控车削中心车削空心车轴的质量受诸多因素的影响，如工艺过程，数控系统，数控编程和刀具调整等都直接影响零件的加工质量。充分发挥工艺系统的潜能，获得高的加工精度及重复精度。为满足图纸技术要求，在双主轴双刀塔双中心架设备上对其精车加工工艺进行了研究和开发，形成了批量加工能力，获得了较好的经济和社会效益。

3 工件结构

空心车轴结构，两端相对中心基本对称，由轮座、制动盘座、支撑座等配合座组成，各配合座尺寸精度要求高，加工过程复杂，且对于一般车轴，在精车过程中一般都以轴端中心孔60°锥面作为定位基准，而空心车轴内孔倒角为45°，与一般空心车轴不同。在车轴轴端内孔处需要加工锥形过渡面，加工公差较小，难度较大。且轴端螺纹孔结构也较为特殊，为阶梯型螺纹孔结构，使用加工设备的动力刀具直接进行钻孔攻丝加工，与普通车轴加工工艺有差异。车轴内孔及螺纹孔的特殊性，以及更高的精度要求，对于现有加工设备及工艺提出了更高的要求，且在双主轴双刀塔双中心架设备上加工也给车轴精车装夹和定位带来了挑战。

4 工艺流程

基本工艺流程如下：

车轴装夹定位→粗车卡爪夹紧驱动→车削中心架抱夹位置→中心架夹持外圆→车轴内孔纠偏→粗车纠偏端内孔定位锥面→尾座顶紧→粗车外圆→精车一端轴端孔及定位倒角→钻攻一端面螺纹孔→精车卡爪夹紧驱动→粗精车另一端轴端孔及定位倒角→钻攻另一端面螺纹孔→利用两端内孔45°倒角定位→精车外圆。

5 工艺分析

制定工艺方案是整个加工过程中重要的一个环节。因而要与其他加工工序衔接好，全面考虑零件的整个加工工艺内容，在车削加工之间合理地安排加工工序和辅助工序，协调好各个工序的安排顺序，有利于提高零件的加工质量和生产效率，工序安排的合理与否直接影响到零件的加工质量、生产效率和加工成本。对形位精度要求较高的表面安排在一次装夹下完成，可避免多次装夹所产生的安装误差影响位置精度。一般来说，在一次装夹中应一次性完成对所能加工的表面内容进行粗精加工至尺寸要求。减少装夹次数，提高加工工艺效率。采用工序集中原则在数控车削中心上加工，充分发挥数控车削中心的优越性能，提高空心车轴的加工精度和生产效率，取得较高的经济效益。空心车轴在精加工时需要加工内孔及外圆轴身等部位，且其为城轨车轴中少有的空心车轴，且相比于其他空心车轴，空心车轴结构较为特殊，因此，其加工工艺异于其他车轴，对于工艺的制定及加工人员的技能提出了更高的要求。

5.1 工艺难点及解决措施

（1）轴端孔Φ40与内孔Φ39过渡锥面加工；

解决措施：首先在进行精车内孔前，必须对车轴内孔与外圆的同轴度进行检测校正。使用标准车刀，在双主轴双刀塔设备上，用中心架抱夹车轴外圆，一端主轴作为驱动，另一端刀塔装用内孔车刀Z向车削。车削时增加试切削，分半精车精车2个工步完成车削，半精车时留有合适的精车余量，以保证公差要求。精车留量的大小要适中，留量太大易引起精车刀具的振动，形成车削过程的不确定性。留量太小易引起刀具在车削过程中刚性不稳定，给加工带来一定的困难。其次，切削液在切削过程中起冷却，润滑，有利于排屑的作用，减小了刀具和材料及切屑三者之间的摩擦，大大降低了切削力和切削热，减小了切屑与刀具连接，抑制切削瘤和鳞刺生长，延长了车刀使用寿命，容易获得较小的粗糙度值，对于提高表面质量的作用是明显的。但应根据加工性质，工件材料，刀具材料的不同正确使用。

（2）轴端阶梯型螺纹孔加工；

解决措施：对轴端螺纹孔，其阶梯分步结构明确，尺寸过渡比较缓和，专门设计定做复合刀具，一次加工完成底孔和C1倒角，然后利用丝攻加工螺纹；为避免丝攻在加工深孔螺纹时折断，尽量增加螺纹底孔深度，提高攻丝时的容屑和排屑空间；使用具有内部冷却的丝攻，提高攻丝时的润滑和排屑效果，防止挤丝现象的发生；钻孔和攻丝程序编制时使用西门子标准程序，刚性攻丝多步完成。通过以上措施，基本保证了轴端螺纹孔的批量加工质量。

5.2 刀具选择

零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑，采用不同的刀具和切削用量，对不同的表面进行加工，有利于提高零件的加工质量。粗车时，要选强度高、使用寿命长的刀具，以便满足粗车需要。刀具的选择、刃磨、安装正确直接会影响到加工工件的质量。根据工艺系统刚性、具体大背吃刀量、大进给的要求，减少走刀次数，提高加工效率。精车时，要选精度高、寿命长、切削性能好的刀具，以保证加工精度的要求。为减少换刀时间和方便对刀，数控车削中广泛采用机夹可转位刀具，能提高数控加工生产效率，才能保证零件的加工质量。精车过程中，工艺的实现主要依靠设备、程序和刀具的相互配合，由于是空心车轴且轴端内孔倒角、轴端螺纹孔底价位特殊，且车轴外圆过渡圆弧较多，因此，除需调整切削加工参数之外，还需选用特种刀具，来满足其加工工艺要求。

车轴外圆过渡圆弧较多，定位台处卸荷槽较深，为避免精车时存在的接刀现象，选用X向外圆刀具，刀具切削刀沿为8。经过切削试验，55°的粗车刀片耐用度好，断屑效果好；圆弧精车使用R4圆弧刀片，精车后的表面粗糙度优于其他刀片，满足工艺文件粗糙度不大于Ra0.8的技术要求。

5.3 编程技巧

由于车轴结构基本对称，因此，使用卧式双主轴车削中心进行加工，左右加工部位基本一致，可充分利用加工设备的双刀塔，双主轴和双中心架的结构，提高车轴的加工效率；同时，为保证加工精度，在精车时需要两端主轴顶尖通过与轴端中心孔倒角密贴顶紧，以及双中心架的抱持，通过双中心架结构增加车轴的加工刚性和切削稳定性，避免车轴细长带来的刚性不足和振动问题，在利用双刀塔加工时，充分利用双刀塔错位同时加工，互不干涉，使加工效率是普通车床倍。

为实现以上工艺规划，提高车轴加工效率，保证加工质量，在编制数控加工程序时须注意:

（1）合理的安排双刀塔的加工节奏和同时序的位置，利用车轴相对对称的结构，充分错位加工，两刀塔分配的加工量基本相同；

（2）分配交错区域时，尽量使2个刀塔加工时间相同，避免出现等待的情况，同时，利用西门子标准指令WAITM（n，1，2）来实现2个刀塔加工的时序安排，避免出现刀塔加工干涉碰撞的情况。

（3）在车削加工中心上进行钻孔和攻丝时，需要使用动力刀座进行动力的转换，其传动主轴与加工主轴不同轴，经过齿轮机构的转换后，主轴转速与加工转速呈特定比例，传动结构在编制钻孔和攻丝程序时，需要对进给量F进行比例计算，尤其是攻丝加工时，需要根据精确计算，不能使用西门子标准指令程序。动力刀座的主轴与加工轴传动比是3：1，加工螺纹为M22，螺距2.5，设置主轴转速为390转，因此加工轴的转速就是130转，F=130×2.5=325，加工螺纹M22x2.5 ,刀座传动比：3:1。

6 结论

在数控车削中心上加工工件的复杂多样，形状及位置千变万化，加上材料、批量、工艺不同等多方面因素的影响。因此，只要做到对所加工零件进行具体分析，根据零件图样要求制定加工工艺方案，选用合适的工艺路线和刀具参数，合理设计数控加工工序、走刀路线，精益求精，充分发挥数控机床本身的精度优势和操作人员的技能优势，就一定能加工出符合图样技术要求的零件产品。