軸類零件在制造行業中作為普遍性的典型零件類型，其零件特性及制造方式多種多樣。本文主要針對大長徑比齒輪軸的制造方式展開研究。大長徑比意味著加工的找正難度將大幅度提高，加工過程中的振動也將對零件表面質量帶來負面影響。為充分降低零件研制的技術風險，開展了工藝研究、工藝試驗等科研技術研究工作，掌握了生產工藝的關鍵技術，突破了零件研制技術瓶頸。
一、工藝分析
針對大長徑比齒輪軸的零件特點，主要研究細長軸的加工工藝流程，對零件制造的關鍵工序進行細化研究，總結關鍵工序各技術風險的控制措施，進行工藝流程設計，重點對外圓加工、內孔加工進行研究。
結構分析：某型機組低壓小齒輪為大長徑比齒輪軸類零件，零件長度 3030mm，內孔直徑 φ150mm，內孔粗糙度 Ra3.2，跳動0.5 mm，軸頸外圓 φ240mm，工件軸頸公差0.029 mm、軸頸跳動 0.012mm、圓柱度0.007mm、軸徑粗糙度 Ra0.4。以此低壓小齒輪為研究主體，開展大長徑比齒輪軸的制造研究工作。
工藝設計分析：低壓小齒輪軸頸的精度要求較高，對設備及工藝方法具有較高的要求，同時在機加過程中需嚴格控制裝夾找正方式，摸索合理的切削參數，減小切削應力，降低加工中的振動及撓性變形，從而降低零件制造技術風險。
技術難點及關鍵點：通過分析低壓小齒輪加工要求和結構特點，加工主要難點工序為軸頸加工、長深孔加工等過程。具體如下:
軸徑精度 h6 等級，粗糙度 Ra0.4，需要采用磨削方式才能實現，車削、磨削工藝參數及余量分配將影響最終加工精度，需進行相關工藝試驗進行驗證。
深孔長度 3030mm，一次裝夾無法完成整體加工，而二次裝夾增加了加工誤差，控制基準轉換精度是加工過程的關鍵點。
二、研究內容
軸頸高精度加工研究：為降低刀具產生的尺寸誤差，精加工前進行多次試切，掌握切深理論值與實際值的誤差，且在中間過程中多次測量加工后零件尺寸，以便隨時調整進刀量。進行細長軸車削參數試驗，從刀片消耗、加工效果等方面綜合考慮，選擇合適的切削參數。截取的試驗過程部分數據見表 1。
根據試驗結果，得出切削速度 100m/min、進給量 0.2mm/min、吃刀量 0.06mm 時，加工效果最佳。
為了控制軸頸的形位公差，采用合適方式降低加工的找正誤差。采用一夾一托方式裝夾，在低壓小齒輪樣件翻身前增加幾處跳動檢查要求。低壓小齒輪樣件翻身后找正時，對翻身前增加處的跳動進行復檢及調整，直至與翻身前跳動數值相同。精加工均以相同位置為基準找正的方式，彌補二次裝夾帶來的誤差。
精加工軸徑，采用一夾一頂的方式，兩端配悶頭加工，中間輔之以輔助支撐。為保證加工精度要求，制定了如下 3 套方案:
方案一：采用高精度數控深孔車床( PT1 - 1250Ⅱ6000) 進行精車加工，設備配有高精度動力磨頭，可以進行齒頂圓及軸徑的磨削，精車及精磨兩序由同一設備完成，可以避免工件二次裝夾找正帶來的誤差，提高加工精度。
方案二：采用數控轉子車床進行加工，數控轉子車配置了專用砂帶拋光機，精加工留 0.02mm 余量后，對軸徑及齒頂進行拋磨。
方案三：采用數控轉子車床精車齒輪外圓及軸徑，外圓留磨量，轉長臥式磨床或 KVH4 - 2600 臥磨中心磨準齒輪外圓及軸徑。磨削試驗數據見表 2。
在主軸轉速 20r/min、砂輪轉速 450m/min、進給速度 80mm/min、磨削深度 0.002mm/次的條件下，加工效果最佳。
經過試驗論證，3 種方案均可達到預期加工精度。由于方案二采用砂帶磨受機床配備的刀臺限制，對工作空間要求較大，且加工效率略低于 KVH4 - 2600 臥磨中心。因此，方案一、方案三為首選方案。
長深孔加工：針對細長軸深孔加工，關鍵點在于孔與外徑的同心度。從零件結構進行分析，一次裝夾加工出深孔并不可行，因此 需采用一夾一托翻身二次裝夾的加工方式較為合理。采用專用減振車刀桿對內孔進行精車，并對相應加工參數進行研究，保證粗糙度在 Ra3.2 以內。
(1) 采用一夾一托翻身二次裝夾方式，確定外圓均布 3 處找正基準，找正并記錄數據，翻身裝夾后以同樣的 3 處找正基準進行找正，確保找正精度不低于翻身前的找正精度。
(2) 采用 φ140 減振車刀桿進行精加工，對精加工末序進刀量進行控制，通過試驗觀察切屑狀態，如出現混亂屑及斷屑不良應及時調整切屑參數，從而保證減振刀桿加工效果，每側加工長度要大于 L /2。內孔加工參數試驗結果見表 3。
(3) 輔助控制措施: 內孔磨削裝置對內孔進行拋磨處理，裝置有效長度 1738mm，能夠滿足深孔拋磨要求。
三、總結
經理論分析結合試驗驗證，嚴格控制切削參數的情況下，多點找正盡量減少找正誤差，配合高精度外圓磨削設備，可以有效控制細長軸的外圓軸頸加工精度。選用合適的減振刀桿可以有效提高內孔加工精度及加工效率。同時由于零件翻身加工的必要性，多點找正可以減少找正的誤差，提高精度。若零件粗糙度存在進一步提升需求，普通內孔磨削加工方式無法涵蓋長深孔加工范圍，需專用內孔拋磨裝置來保證。
參考文獻略.