关于某细长轴传动杆零件加工工艺的几点思考

摘要：本文介绍了细长花键传动杆在加工中存在的问题，对产生问题的原因进行了深入分析，并提出了提高两端中心孔的同轴度、控制零件加工中心孔的形状、提高零件中心孔的度面与顶尖的配合程度、消除零件内部应力、加强磨削加工参数的控制等改进措施，大大提高了细长轴传动杆零件加工合格率，对于普通细长轴传动杆零件的加工具有借鉴意义。

关键词：细长轴、建立基准、弯曲变形、中心孔、圆跳动

概 述

某附件机匣传动的结构设计是一个长度为332直径为φ16的传动杆，该传动杆的转速为每分钟一万多转，向附件机匣传递大约160千瓦的动力。该传动杆的两端分别是两个需要氰化处理的渐开线花键，为提高花键的接触强度，对花键需要进行氰化处理，为提高传动杆的抗疲劳强度，要求传动杆的中部进行抛光处理，并且对传动杆中部的跳动要求为0.04。该零件的结构尺寸详见附图一。

附图一：零件结构简图

在该零件的加工中，由于是一个长径比为21.5的细长传动杆。在零件的加工中，还需要大量的车加工、铣齿加工和磨加工，对细长轴的传动加工，其技术条件的要求较高。在零件的加工过程中，还有一道氰化花键的工序。虽然该零件是一生产多年的细长轴，但因零件加工的工序较长，传动杆的直径又比较细，该零件的加工一直是难点问题。为解决这一技术难题，对该零件的加工工艺进行了加工和摸索，找到了其中的规律，通过方法改进，取得了较好的效果。

一、零件加工过程中存在的问题

该细长传动杆零件加工流程主要有：首先是棒料调质，然后是粗车外圆、建立中心孔作为加工基准。再半精加工传动杆，杆部对中心孔的跳动为0.08。对传动杆的两端进行滚花键加工后，进行花键的氰化处理。然后对零件的中心孔进行修磨、抛光，后面再以后中心孔为基准，对传动杆的杆部进行精加工，最后满足传动杆零件的最终要求。但是在该零件的加工中，经常会遇到一些棘手的问题，主要体现在以下几个方面：

1、滚花键前的半精加工中，杆部跳动不易保证。

对于细长轴的加工，关键就是要防止零件的弯曲变形，因此在传动杆的滚花键前，就要保证传动杆的杆部跳动，否则在滚花键的过程中，就会出现花键的表面粗糙度不好、齿部出现锥度。零件经过热处理后，会使零件的弯曲放大。因此，在滚花键前，对零件的杆部跳动要求0.08。但是在零件的加工中，工艺安排没有磨加工外圆，其技术条件较难保证。如果安排了磨加工外圆，从加工成本上也用不着。而且对于细长轴较软的零件，其外圆跳动也不易保证。

2、滚花键的表面粗糙度不易保证：

由于传动杆的长径比太大，在花键的滚齿加工中，采用两端中心孔进行装夹定位加工，因此，在花键的加工中，传动杆的定位刚性较差，在滚齿加工中，容易在齿面上产生波纹。因此花键加工的表面粗糙度不易保证。

3、花键氰化后的的中心孔不易修复：

从产品设计图中可以看出，两端花键的齿面对中心孔跳动的保证，只能在花键氰化后通过修刮中心孔来保证。可是花键氰化后，中心孔的度口也进行了氰化，由于表面硬度太高，采用修刮中心孔来保证花键的跳动比较困难。

4、精磨杆部的技术条件不易保证

由于传动杆的工作转速很高，对于传动杆的杆部跳动要求很严，要求杆部外圆对中心孔的跳动为0.05。在花键氰化后的加工中，工艺规程安排了外圆的磨削加工，按理说传动杆的跳动是容易保证的，但是由于传动杆太长，零件又经过了热处理，在零件加工时，跳动容易保证，但是在零件加工后，传动杆经过应力释放后，其杆部的跳动就会出现超差的现象。

二、零件加工难点的工艺分析。

从零件的特征上来看，该零件就是一个简单的传动杆，零件的尺寸和几何特征并不复杂。按照常理来说，该零件的加工难度并不大。可是又怎么会出现这么多的技术问题呢？

我们对该零件的加工历史进行了调查，该传动杆的加工从开始研制加工以来，零件加工就存在很多问题，也想了很多办法，首先对两端零件加工中心孔的建立想了很多办法，决定在棒料杆部的中间车一个装夹粗基准，再装夹该外圆进行两端中心孔的加工，其目的就是要将两端中心孔的中心加工在一条直线上，后面就一直采用该中心孔为基准加工后面的工序，这种思路看似没有问题。可是在后面的磨加工外圆时，外圆的跳动不易保证，原来的老师傅分为零件的粗精磨加工，在精加工的过程中，用拇指扶住零件加工来保证零件的跳动，这是传统经验，操作也不安全。到了成品检验时，其跳动仍然出现超差。另外在两端花键的滚齿加工中，齿面的表面粗糙度不好，花键的滚棒间尺寸有些会出现锥度。零件经氰化处理后，对中心孔的修复比较困难，因为两端中心孔已经通过了氰化，表面硬度较高，锥体表面出现椭圆，中心孔较难修复，花键的齿面跳动不易保证。

从零件的加工历史情况和现状来分析，我们从零件的结构特征和加工过程中来进行详细分析，在零件加工中，产生以上问题的主要原因主要有以下几个方面的问题：

1、零件结构的刚性较差，它是一个细长轴，在加工的过程中，始终是以中心孔进行装夹定位，这样就更加降低了零件的装夹定位刚性。

2、两端中心孔的建立不同心，由于零件的长度较长，杆部的刚性差。在零件的加工中，只要切削力稍微偏大，就会造成零件的表层应力和弯曲现象。

3、零件在毛料的精加工前，由于粗加工产生的加工应力，在精加工时也会由于加工应力的释放而导致零件的应力变形。

4、零件中心孔的加工几何尺寸也会影响到零件的定位可靠性，它的几何尺寸主要是针对中心孔的角度，如果中心钻的角度与顶尖的角度出现差异，那就会影响零件的定位。

5、零件经过氰化处理后，其杆部的加工状态不同，在杆部的中间有一段加粗段，主要用于硬度检查，之后又要磨掉，零件经过这种流程加工后，其加工应力的是方式不均匀的，势必会导致后面的加工出现弯曲变形。

三、加工难点问题的解决措施

针对加长传动杆零件的加工，其关键问题就是加工基准建立得稳定、可靠，还有切削加工力应均匀和减小，零件的摆放要平稳。在热处理过程中，零件的轮廓结构尺寸要对称、均布，基体的形位公差要控制好。带着这些问题我们对工艺规程进行分析，对零件加工方法进行研究。对于这种传动杆零件刚性差的问题，是产品结构设计产生的，我们无法改变。如果要采用零件的杆部定位夹紧，那么杆部又需要更高的跳动要求。但是本零件的加工难点就是传动杆的杆部跳动的保证，日过改变装夹方式，还需要制作相应的专用工装。因此，我们工作的重点还是解决传动杆加工的跳动问题。对于加长传动杆的加工，零件加工跳动偏差产生的原因主要在以下几个方面：

1、零件在建立中心孔的加工时，两端中心孔的中心不同心。这样在零件装夹定位时，机床的顶尖定位、夹紧时，零件的定位出现了偏差，导致零件跳动偏差。

2、机床的顶尖位置在调整时，机床的顶尖中心不同心，这样在偏摆仪上检查时，出现零件加工的跳动偏差。

3、在中孔定位、零件切削加工时，由于切削力的作用，导致零件在加工过程中出现弯曲现象，使零件产生弯曲变形，导致零件出现跳动偏差。

4、零件与中心孔的配合接状态的好坏也会影响零件的定位精度。因为零件中心孔的角度不可能完全与顶尖的角度保持一致，请接触点可能在中心孔的内端或外端。如果在外端接触，中心孔的定位圆偏大，零件定位可靠。

5、零件经过热处理后，由于零件内部的组织应力产生延时应力的作用，导致零件产生弯曲变形，致使零件加工的跳动超差。

基于以上的这些导致零件跳动超差的原因，控制零件加工跳动超差的措施我们是这样考虑的，主要是从以下几个方面进行开展工作：

1、控制好加工基准，提高两端中心孔的同轴度

在零件加工基准的建立时，我们通常都是要粗车一个外圆，再以这个外圆作为装夹基准对两端的中心孔进行精加工。但是我们要注意，这个粗车的外圆不能够粗车，应该精车外圆，该外圆的外圆尺寸不一定很精，但是它的圆柱度一定要好。因为传动杆的外圆进行正反装夹时。零件的锥度会影响两端中心孔的同轴度的。

2、对于零件加工中心孔的形状进行了控制，确保零件中心孔的度面与顶尖的配合良好

加长传动杆的中心孔最好不要用中心钻来打中心孔，可以进行初选中心孔。中心孔的成形一定要用车床来进行车加工。中心孔的内锥角度要按偏小加工，以保证中心孔的度面外端与顶尖的锥面相接触，这样对于零件的定位面积大，热处理后，对于中心孔的修复也比较容易。

3、消除零件内部的各种应力，防止应力释放产生的变形

零件的热处理应力和加工应力是不可避免的。由于两种应力的存在，其应力的延时释放势必会影响零件的变形。要消除这种应力，我们只有采用人工时效（或者是低温回火）的方式进行内应力的消除，这样零件加工的周期较短。

4、调整两顶尖顶紧力并加强磨削加工参数的控制

零件的实际加工也是保证零件技术条件的关键所在，两顶尖的顶紧力偏大会导致零件弯曲，顶紧力偏小会导致零件定位不可靠。有些老师傅在零件加工时，用手去顶住零件的磨削部位，这种方法一方需要丰富的加工经验，另一方面这种操作也不安全。为此，采用的方法是不断调整两顶尖的距离，其距离越小越好，但是又不能破坏零件在磨加工前传动件的原始形状。最好的办法就是在偏摆仪上先检查零件的跳动状态，在机床上再次检查其跳动，如果跳动接近偏摆仪的状态视为最好状态。

在零件的加工中，其进刀量不宜过大，应尽量减少进刀量，特别是最后的一次加工，不需要进刀，直接进行光整加工，这时零件的跳动会处于最佳状态。

四、采取措施后的零件加工效果

采取新措施后，对某分厂的零件1306454进行了试加工。在粗车基准外圆时，我们在数控车床上进行初级准的建立，零件在长度为80的长度上，加工的圆柱度达到了0.01以内。以这段外圆为基准分两次装夹，建立起两端的初中心孔。后来我们再到车床上对中心孔的形状进行了修复。在车传动杆中间的外圆时我们是以两端中心孔进行装夹定位加工的，此时的零件顶紧力不宜过大，最后保证了传动杆中部0.05的跳动要求。

在传动杆经氰化热处理后，第一项工作就是修复中心孔。因中心孔太硬，先打磨中心孔后，用油石对中心孔的外端进行修正就保证了花键的跳动要求。再将传动件进行人工时效后，进行传动杆的景磨削加工，最后保证了零件所有的技术要求。

试加工后，采用这种方法对167件传动杆进行了4批的加工，加工后检验测量表明，零件的加工质量十分稳定，满足技术指标要求。

五、结论

关于传动件的加工原理，其加工方法都是比较相似。本文通过提高两端中心孔的同轴度、控制零件加工中心孔的形状、提高零件中心孔的度面与顶尖的配合程度、消除零件内部应力、加强磨削加工参数的控制，大大提高了细长轴传动杆零件加工工艺水平，提高了合格率。对于普通细长轴传动杆零件的加工具有借鉴意义。