對充當徑向軸密封環(huán)座的軸表面加工，其工藝要求一向很高，以往常采用切入式磨削工藝加工這種軸表面憋槐。本文介紹一種加工這種軸表面的創(chuàng)新性工藝方法——切向車削，它可以獲得極高的表面質量淑趾，與硬車削結合阳仔，還可減少此種軸類工件的生產環(huán)節(jié)和降低制造成本。

1. 簡介

用于驅動技術的工件和軸上密封元件的支承面必須不能有任何的方向扭曲扣泊，因為泵吸效應會導致徑向軸密封環(huán)和工件表面系統(tǒng)之間產生泄漏近范。這種軸表面的典型要求是：粗糙度值Rz=1-5μm；Ra=0.2-0.8μm延蟹；Rmax=6.3μm 以及表面無扭曲和表面完好無劃痕和凹槽评矩。軸表面通常要經硬化處理到HRC 55 或更高硬度來保證足夠高的耐磨性能。經過精加工的軸直徑必須達到H11的公差精度阱飘，圓度公差不能超過IT8級斥杜。

圖1：切向車削示意圖

軸表面的常規(guī)加工方式是采用切入式磨削，這是一項有多年成熟經驗的工藝沥匈。實際上蔗喂，這種工藝產生的表面結構取決于砂輪的修整狀態(tài)、無火花磨削時間和規(guī)定的維修掸昨，以及加工過程中恒定的工藝參數等妨屑。這表明只采用切入式磨削這種制造方法并不能總保證表面結構不產生扭曲。

而且绿壮，磨削軸表面還有一些不利之處浑云，例如增加了額外的投資成本和需要對冷卻劑潤滑劑進行處理等。

與上述工藝相比湃纸，新開發(fā)的切向車削工藝方法提供了一種非常經濟的替代性的制造方法庸垢，并具有明顯的優(yōu)勢樊颁。

1 軸 1a 已加工表面 2 刀夾 2a 切削刃 3 沿Y軸方向進給
α傾斜角
圖2：切向車削——運動學原理

2. 切向車削的工藝過程

不同于磨削，這是一種使用具有規(guī)定幾何形狀切削刃的工藝呀逃。其特點在于切削刃相對于進給方向設定了一個傾斜角α澳银。切削刃被固定在車床轉塔中的刀夾上。刀夾被調整到具有一切削深度ap君祸，并在y軸方向上沿切線在工件上橫向走刀。刀具接觸點在整個切削刃寬度上連續(xù)移動轧愧。在每次切削過程中含滴，這可以使加工載荷分布到整個切削刃寬度。

和常規(guī)的車削相比較丐巫，常規(guī)車削的切削刃在切削時保持在同一區(qū)域谈况，而切向車削涉及到的特殊的運動形式減少了刀具磨損，使刀具壽命顯著提高递胧。這項工藝的特殊運動形式同時產生了一個幾乎無扭曲的表面碑韵，而沒有車削工藝通常產生的“螺旋形結構”。本工藝的其余特性也滿足了前述的軸表面的要求缎脾，例如可以測量的表面質量Ra 和 Rz 以及直徑公差祝闻。

切向車削刀具安裝了一個CBN（立方氮化硼）刀片。CBN刀具材料本身具有極高的硬度遗菠，良好的高溫強度和優(yōu)異的抗磨損能力联喘，并具有很好的韌性，通常在連續(xù)性和間斷性切削中被用作通過規(guī)定切削刃加工硬金屬的切削材料辙纬。切削刃必須被加工到很高精度和達到極高質量豁遭，并被倒圓到μm范圍內和進行拋光處理。這些要求對于保證軸的加工表面得到最高的表面質量是非常必要的贺拣。

圖3和圖4顯示的是兩個加工后的軸表面（已淬硬）的形貌和輪廓切削在軸向的三維視圖党滓。圖3中的軸表面由切向車削工藝完成，圖3中的軸表面由常規(guī)的切入式磨削工藝完成贤丐。

 
圖3：由切向車削完成的軸表面加工

 
圖4：由切入式磨削完成的軸表面加工

對比顯示出由切向車削產生的可以測量的粗糙度和表面結構至少相當于切入式磨削的水平(切入式磨削Rz=2.10μm狠楞，切向車削Rz=1.94 μm)，而其結構的均勻性要顯著優(yōu)于切入式磨削的常規(guī)加工表面辙求。

由切向車削加工的軸表面的系統(tǒng)密封包括徑向密封環(huán)和反轉表面比紫，已經由研究機構Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik e.V. [機床及加工技術協(xié)會] 在 FWF 0172 "硬加工軸密封表面的制造和評估"的研究和另一項 (FWF 0172/1) 超過1000小時的運行時間的長期研究中得到了證實。

除了在實驗室中對特定試驗物進行密封試驗外丝您，在現場也對實際的工件進行了試驗蕾捣。“軸表面—徑向密封環(huán)”系統(tǒng)也在這些試驗中證明了其密封性但珍。這表明“切向車削”工藝是加工徑向軸密封環(huán)座的合格制造工藝齐寻。這項工藝也從此在一系列的生產過程中得到應用粉簇。

3. 切向車削的實際應用

切向車削與常規(guī)的制造方法相比較，在加工經淬硬處理的軸表面時顯著增加了經濟性和生產率刨吸。在淬硬的軸上采用切向車削加工徑向軸密封環(huán)座時可以很理想地結合常規(guī)的硬加工工藝蛀膊，例如用硬車削加工軸承座，軸配合底挫，端面和軸上的沉割槽恒傻。淬硬的軸也因此可以完全在車床上加工而不用轉換到另一單獨的磨床上去加工徑向軸密封環(huán)座。這使得工藝環(huán)節(jié)顯著縮短建邓。由于取消了磨床的需求盈厘，從而極大地減少了生產線的投資成本。工件在不同機床之間的處置和運輸成本也被減少官边，因此減少了總產出時間（生產周期）和制造時間沸手，單位制造成本被最小化。

要成功實現切向車削工藝并和硬加工工藝相結合注簿，需要使用一臺適當的車床契吉。這種機床要具有高度的剛性和優(yōu)異的減震性。機床要具有很高的刀具軌跡精度和插補精度诡渴，以及很低的定位不確定度且位置變動范圍Ps<1μm捐晶，才能保證其良好的幾何精度。主軸和尾座頂尖必須保持很高的同軸度妄辩。機床必須在諸如加工時間延長租悄、生產過程中斷和環(huán)境溫度變化等情況的生產條件下達到高精度。產生熱量的切屑必須快速從機床上清除写寄，如果零件需要達到很高精度诲操，則機床必須采取適當的設計來防止機床內部由于切屑的累積造成的局部過熱。由外界產生的振動影響必須降至最小纽材，其負面影響必須通過振動的機器零部件來抵消帮伙。比如這也是為什么，電主軸比傳統(tǒng)的帶減速齒輪的電動機更適合作為驅動裝置的原因（消除了齒輪和傳動皮帶產生的振動）敛纺。同時夾緊裝置或工件夾緊過程產生的誤差也必須降至最小鹰党，要防止或盡可能減小工件的不平衡。

在一臺機床上用于一件零件的硬加工工藝和切向車削工藝的實際情況如下：

第一步對軸承座和端面進行傳統(tǒng)的硬加工工藝虹体。軸的這些部分可以按照圖紙規(guī)定的要求加工完成钓藏。工件上的公差等級可以達到IT 5級。同時怨耸，在硬加工工藝階段采用相對高的進給量對隨后的徑向軸密封環(huán)座的軸部分進行預加工精臭。根據工件的穩(wěn)定性和夾緊情況，在“預車削”過程中選擇的切削深度使工件尺寸留有0.10到0.20mm的余量乘颖。在隨后的切向車削過程中摇祖，表面在以vc=150-250m/min的切削速度和y軸方向的進給量達到fy=0.30mm的條件下加工而不產生扭曲眷篇。徑向軸密封環(huán)座最大可以加工的寬度目前約為30 mm ，由切削刃的寬度和其傾斜角α來確定荔泳。這一加工寬度對于標準的徑向軸密封環(huán)座已經足夠了蕉饼。切向車削能夠達到的表面質量在Ra=0.2-0.6μm 和Rz=1-3μm的范圍內。 可以毫無問題地達到H11的標準的直徑公差要求玛歌，在一些情況下昧港，可以達到H7 的公差級別。

圖 5 表示的是一根驅動軸在數控車床上完成硬加工工藝（所有直徑支子，部分處于斷續(xù)切削狀態(tài)）后创肥，在加工軸密封座時采用切向車削工藝的實際應用情況。

圖5：在一根軸上進行切向車削

4. 結論

采用新開發(fā)的切向車削工藝進行的軸表面加工實際上不產生扭曲現象译荞。軸表面作為用于徑向軸密封環(huán)的接觸表面的表面質量和直徑公差都得到了滿足瓤的。系統(tǒng)的密封在實驗室和實際現場的測試中已經得到了證實休弃。切向車削為用戶提供了生產率和經濟方面的顯著優(yōu)勢吞歼。與硬加工結合，本工藝可以極大地減少生產環(huán)節(jié)塔猾，并大量節(jié)約加工時間篙骡、投資成本和單位制造成本。

5. 公式符號及縮略語

Rz 測量的波峰到波谷高度 μm
Ra 平均粗糙度值 μm
Rmax 最大的波峰到波谷高度 μm
HRC 洛氏硬度值
H11 軸的直徑公差
IT8 特徵的ISO標準的公差級別
H7 軸的直徑公差
α 在x-y平面上測量的切削刃的傾斜角
vc 切削速度 m/min
ap 切削深度 mm
f 進給量 mm
fy y軸方向進給量 mm
Ps 位置分布范圍 μm

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