轴类零件在制造行业中作为普遍性的典型零件类型，其零件特性及制造方式多种多样。本文主要针对大长径比齿轮轴的制造方式展开研究。大长径比意味着加工的找正难度将大幅度提高，加工过程中的振动也将对零件表面质量带来负面影响。为充分降低零件研制的技术风险，开展了工艺研究、工艺试验等科研技术研究工作，掌握了生产工艺的关键技术，突破了零件研制技术瓶颈。
一、工艺分析
针对大长径比齿轮轴的零件特点，主要研究细长轴的加工工艺流程，对零件制造的关键工序进行细化研究，总结关键工序各技术风险的控制措施，进行工艺流程设计，重点对外圆加工、内孔加工进行研究。
结构分析：某型机组低压小齿轮为大长径比齿轮轴类零件，零件长度 3030mm，内孔直径 φ150mm，内孔粗糙度 Ra3.2，跳动0.5 mm，轴颈外圆 φ240mm，工件轴颈公差0.029 mm、轴颈跳动 0.012mm、圆柱度0.007mm、轴径粗糙度 Ra0.4。以此低压小齿轮为研究主体，开展大长径比齿轮轴的制造研究工作。
工艺设计分析：低压小齿轮轴颈的精度要求较高，对设备及工艺方法具有较高的要求，同时在机加过程中需严格控制装夹找正方式，摸索合理的切削参数，减小切削应力，降低加工中的振动及挠性变形，从而降低零件制造技术风险。
技术难点及关键点：通过分析低压小齿轮加工要求和结构特点，加工主要难点工序为轴颈加工、长深孔加工等过程。具体如下:
轴径精度 h6 等级，粗糙度 Ra0.4，需要采用磨削方式才能实现，车削、磨削工艺参数及余量分配将影响最终加工精度，需进行相关工艺试验进行验证。
深孔长度 3030mm，一次装夹无法完成整体加工，而二次装夹增加了加工误差，控制基准转换精度是加工过程的关键点。
二、研究内容
轴颈高精度加工研究：为降低刀具产生的尺寸误差，精加工前进行多次试切，掌握切深理论值与实际值的误差，且在中间过程中多次测量加工后零件尺寸，以便随时调整进刀量。进行细长轴车削参数试验，从刀片消耗、加工效果等方面综合考虑，选择合适的切削参数。截取的试验过程部分数据见表 1。
根据试验结果，得出切削速度 100m/min、进给量 0.2mm/min、吃刀量 0.06mm 时，加工效果最佳。
为了控制轴颈的形位公差，采用合适方式降低加工的找正误差。采用一夹一托方式装夹，在低压小齿轮样件翻身前增加几处跳动检查要求。低压小齿轮样件翻身后找正时，对翻身前增加处的跳动进行复检及调整，直至与翻身前跳动数值相同。精加工均以相同位置为基准找正的方式，弥补二次装夹带来的误差。
精加工轴径，采用一夹一顶的方式，两端配闷头加工，中间辅之以辅助支撑。为保证加工精度要求，制定了如下 3 套方案:
方案一：采用高精度数控深孔车床( PT1 - 1250Ⅱ6000) 进行精车加工，设备配有高精度动力磨头，可以进行齿顶圆及轴径的磨削，精车及精磨两序由同一设备完成，可以避免工件二次装夹找正带来的误差，提高加工精度。
方案二：采用数控转子车床进行加工，数控转子车配置了专用砂带抛光机，精加工留 0.02mm 余量后，对轴径及齿顶进行抛磨。
方案三：采用数控转子车床精车齿轮外圆及轴径，外圆留磨量，转长卧式磨床或 KVH4 - 2600 卧磨中心磨准齿轮外圆及轴径。磨削试验数据见表 2。
在主轴转速 20r/min、砂轮转速 450m/min、进给速度 80mm/min、磨削深度 0.002mm/次的条件下，加工效果最佳。
经过试验论证，3 种方案均可达到预期加工精度。由于方案二采用砂带磨受机床配备的刀台限制，对工作空间要求较大，且加工效率略低于 KVH4 - 2600 卧磨中心。因此，方案一、方案三为首选方案。
长深孔加工：针对细长轴深孔加工，关键点在于孔与外径的同心度。从零件结构进行分析，一次装夹加工出深孔并不可行，因此 需采用一夹一托翻身二次装夹的加工方式较为合理。采用专用减振车刀杆对内孔进行精车，并对相应加工参数进行研究，保证粗糙度在 Ra3.2 以内。
(1) 采用一夹一托翻身二次装夹方式，确定外圆均布 3 处找正基准，找正并记录数据，翻身装夹后以同样的 3 处找正基准进行找正，确保找正精度不低于翻身前的找正精度。
(2) 采用 φ140 减振车刀杆进行精加工，对精加工末序进刀量进行控制，通过试验观察切屑状态，如出现混乱屑及断屑不良应及时调整切屑参数，从而保证减振刀杆加工效果，每侧加工长度要大于 L /2。内孔加工参数试验结果见表 3。
(3) 辅助控制措施: 内孔磨削装置对内孔进行抛磨处理，装置有效长度 1738mm，能够满足深孔抛磨要求。
三、总结
经理论分析结合试验验证，严格控制切削参数的情况下，多点找正尽量减少找正误差，配合高精度外圆磨削设备，可以有效控制细长轴的外圆轴颈加工精度。选用合适的减振刀杆可以有效提高内孔加工精度及加工效率。同时由于零件翻身加工的必要性，多点找正可以减少找正的误差，提高精度。若零件粗糙度存在进一步提升需求，普通内孔磨削加工方式无法涵盖长深孔加工范围，需专用内孔抛磨装置来保证。
参考文献略.