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轴管外圆磨削的圆度误差分析及应用

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吴忠东

（佛山永力泰车轴有限公司）

摘要：本文分析了车轴磨外圆出现圆度超差的原因，指出工件在车中心孔时作为支撑基准的外圆的圆度对中心孔圆度误差影响极大。基准外圆圆度误差通过中心孔间接复映到磨削外圆上，使得磨削外圆圆度超差。通过对基准外圆圆度误差的控制，有效降低了磨削外圆的圆度误差，在生产中取得显著效果。

关键词：轴管磨削圆度误差夹持基准中心孔分析

1.引言

挂车车轴是挂车极其重要的受力零件，直接影响挂车的承载能力和使用寿命。设计上要求对车轴两端轴承位进行磨削加工，并对轴承位的椭圆度作了要求。

车轴一般为管状零件，两头经热轧成型后再进行机械加工。本文总结了轴管在磨外圆工序中出现的圆度超差问题，找出导致圆度超差的主要原因，在生产中，通过针对性控制，有效减低了产品的不合格率。

2.圆度误差产生的原因及分析

2.1概述圆度误差产生的原因

对于外圆磨床加工轴类出现圆度超差问题，一般可以从机床头顶尖主轴回转精度误差、顶尖圆度误差、工件中心孔形状误差、工件两中心孔的同轴度误差这四方面分析。

若因机床主轴回转精度不够而导致工件圆度超差，或因顶尖锥面存在圆度超差，这两种情况都会出现批量性的。由于现代检验制度的存在，几乎不会出现批量性圆度超差的情况。由于各种偶然原因造成的圆度超差更为常见。工件两端中心孔的同轴度误差对工件圆度影响很小[1]，本文不再讨论。

有关研究及实践表明，工件中心孔的圆度误差会导致磨外圆产生圆度误差。这种原因在生产中最常见。而中心孔的圆度误差来源则是本文分析的重点。因这种误差的产生大多具有不可预测性，最难消除，在实际生产中需重点关注。

2.2车轴圆度误差產生的原因及分析

2.2.1基准外圆圆度对中心孔圆度的影响及分析

如上图1，车轴为空心管，轴管两端对称加工。D1、D2处均为与轴承配合位，需磨削，有圆度误差要求。轴管工艺过程为：①车外圆→②轴承位表面淬火→③车60°中心孔→④磨外圆。

其中，工序③车中心孔的具体工艺为：在普通车床上，用三爪夹住一端外圆，另一端用中心架支撑轴管外圆d处，精车中心孔。精车中心孔的基准位（外圆d处）由工序①（车外圆）加工。因此，车中心孔时，基准位存在圆度误差的话，轴管实际回转中心跟随基准外圆轮廓变动，导致车出来的中心孔横截面存在圆度误差。即所谓的误差复映。其作用机理下：

如图2，在精车中心孔时，以中心架支撑点三点定位，由于中心架调节机构存在间隙，在轴管重力（质量一般大于50KG）作用下，造成只有①、②两点是完全与基准外圆接触，位于上面的支撑点③只是起辅助支撑作用。中心架的①、②支撑点为固定支撑点，假定为刚性支撑点，在基准外圆为正圆的情况下，对于任一工件，其回转中心位置是固定的。这样加工出来的中心孔横截面也为正圆，此为理想的情况。

在基准外圆存在圆度误差的情况下，基准位轮廓上的点在经过中心架的①、②支撑点时，其回转中心各不相同，也就是轴管回转中心跟随基准位轮廓变动，使得刀具切削出来的中心孔横截面存在跟基准位圆度误差一致的圆度误差。

2.2.2中心孔圆度对磨削外圆圆度的影响及分析

如图3，以中心孔为基准磨外圆时，两头固定顶尖定位，顶尖横截面基本可视为正圆，若中心孔圆度超差，伞顶尖与工件配合面在中心孔长轴方向存在间隙，在短轴方向接触。由于整体接触刚性不好，实际上会有较大的弹性变形，这也使得难以进行较准确的误差理论计算。

由于顶尖与中心孔之间存在配合间隙，导致配合整体刚度不足，在磨削力的作用下，工件发生径向窜动，使得磨削位产生圆度误差[1]。由于轴体一直在旋转，在磨削力大于顶尖顶紧力的情况下，圆度误差会一直存在。理论上，在磨削力很小，小到难以时轴体发生径向窜动时，磨削位不会出现椭圆。但实践证明，在正常加工条件下，无法通过多次进刀来消除或者明显减轻磨削位出现的椭圆度。

3.减少圆度误差的对策

由以上分析可知，在加工中心孔时，作为基准的外圆的圆度误差复映到中心孔上。又由于中心孔存在圆度误差，在磨削力作用下导致磨外圆产生圆度误差。这是轴管磨外圆产生圆度超差的主要原因。

通过对该型号轴体的加工数据收集分析，在正常生产条件下，基准外圆的圆度误差最后按照约1/4～1/3传递到磨削外圆上。因此工艺上要求该基准位圆度误差必须小于0.03，而且将此作为质量管控的重点内容。由于测量方便，加工过程中可以随时进行抽检，及时做出调整。

可知，在车外圆时，外圆基准位的圆度误差主要来源于：机床主轴回转误差、刀具切削刚性不足，轴管毛坯跳动大等。

机床主轴回转误差主要来源于轴承损坏或轴承锁紧螺母松动。刀具切削刚度不足，主要是由于吃刀量过大、刀具悬伸过长等原因，通过较少吃刀量及缩短刀杆悬伸长度可以有效控制基准位圆度。轴体毛坯跳动过大，则可多次进刀来将基准位圆度控制在要求