数控技术在高精度空心轴加工的应用

　　近年来由于数控设备的引进和推广，给机械制造行业带来了巨大的变革。从传统的普通机床加工转换为先进的数控加工，精度的保证不再是靠操作者手工控制。飞机螺旋桨轴由于其使用性的需要，对机械加工精度和表面质量均提出了较高要求，是数控车床加工的典型零件之一。在如何保证此类零件的精度方面，作者结合苎曼工作提堂了一套行之有效的数控加工方案，它为加工一系列高精度空心轴结构的零件提供了一个理论与实践的参考。

1 零件特性

　　某飞机上的螺旋桨轴是一个高精度空心轴零件，零件简图如图1所示。零件在工作过程中高速旋转、受力复杂，使用时对零件的动平衡和可靠性要求高。零件总长为28mm，是一根阶梯轴，外圆各处互为基准，圆跳动为0.025mm；内孔相对外圆基准的跳动为0.05mm，跳动精度直接影响零件高速旋转过程中的稳定性和可靠性。

图1零件简图

　　零件材料为AMS6414(美国牌号)相当于40CrNiMoA，属调质钢，可以进行渗氮处理；在高强度时还有很高的韧性；淬透性高，钢的焊接性差。冷变形塑性中等，通过高温退火或等温退火可以改善钢的机械加工性能。在本产品工艺中，材料经调质处理，处理后硬度为(40~45)HRC。

2 数控加工工艺过程安排

　　从零件图分析，制定机械加工工艺路线时必须考虑该零件的以下特征：

　　(1)空心轴，壁厚约10mm，用三爪卡盘直接装夹将产生较大的夹紧变形；

　　(2)外圆加工时定位基准夹持部位短，定位稳定性差；

　　(3)内孔的表面粗糙度要求高，内孔相对外圆基准的跳动精度高。

　　(4)孔的长径比大，刀具振动大，易崩刀。

　　如果采用普通机床加工，外圆表面的加工路线：粗车—半精车—粗磨—精磨—精密磨削；内孔的加工路线：粗镗一半精镗一粗磨一精磨—研磨。

　　由于数控车床的引进，与普通的车床、镗床比较，它的加工范围和加工精度都有很大提高。经过对零件的技术分析和一段时间的生产试制，最终确定零件的数控加工工艺，如表1所示。

　　在数控车削过程中，为能达到加工要求，保证产品质量，工艺人员设计了一套适合精车外圆和半精镗、精镗内孔三道工序的专用软爪夹具，这套软爪在加工过程中起到了重要的作用。同时，为了能够确保内孔尺寸精度、圆跳动和表面质量，对内孔加工刀具进行优选。

3 内孔加工刀具的选用

　　根据零件的结构特点，在零件的加工过程中，镗孔刀具的选择具有特殊性和典型性。最初工艺采用了肯纳的减振镗杆与VDI-50螺栓压紧式刀柄配合，由于镗杆与刀柄之间存在一定间隙，镗杆与刀柄形成线接触，螺栓压紧的稳定性较差，零件的孔径比较大，加工时刀具产生较大振动，尽管对切削参数进行了多次调整，但加工精度仍难以达到设计要求，并且刀片寿命低。经过对振动现象的分析，通过对各种刀杆的试加工，发现刀柄的夹紧方式是引起振动的主要原因之一，后在半精镗内孔时采用了VDI-50弹性夹紧式刀柄(Split sleeve)俗称全包刀柄如图2所示。

　　刀柄上有一弹性缺口，刀杆伸入刀柄后用螺栓夹紧刀柄，弹性缺口收缩，刀杆与刀柄之间形成面接触，刀具振动基本得到控制唧；精镗内孔时采用整体式刀杆，如图3所示，精加工精度能够满足设计要求，刀片寿命正常。螺栓压紧式与弹性夹紧式刀柄加工产品效果，如表2所示。