郭陽(yáng)春

（博能特(福州)工業(yè)有限公司）

21世紀(jì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，電子產(chǎn)品用量不斷攀升，尤其國(guó)內(nèi)手機(jī)和特微電動(dòng)機(jī)使用量越來(lái)越多，精密軸需求量越來(lái)越大，導(dǎo)致許多外資企業(yè)涌入中國(guó)辦廠及技術(shù)輸入，國(guó)內(nèi)也逐漸出現(xiàn)了許多精密軸企業(yè)，并形成一定規(guī)模，主要分布在浙江地區(qū)。但是，國(guó)內(nèi)精密軸在精度、工藝、設(shè)備和技術(shù)上與國(guó)外企業(yè)差距大， 產(chǎn)品大多處于中低端。

現(xiàn)將精密軸產(chǎn)品精度要求、主要生產(chǎn)設(shè)備和測(cè)量設(shè)備、生產(chǎn)工藝特點(diǎn)及國(guó)內(nèi)精密技術(shù)難點(diǎn)分別進(jìn)行介紹。

1. 精密軸產(chǎn)品精度要求精密軸外徑φ 0.5～φ 3 mm，長(zhǎng)度一般小于300 mm，精度較高的外徑公差通常要求1 µm左右，特殊要求達(dá)到0.4 µm，日本企業(yè)可達(dá)到0.1 µm；圓度要求0.5 µm以下，表面粗糙度值Ra=0.025 µm以內(nèi)，徑向跳動(dòng)量要求1 µm以下。精密軸往往是非標(biāo)定制零件，根據(jù)顧客需求或圖樣要求定制加工。精密軸（見圖1）在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用，比如特微電動(dòng)機(jī)零件、精密電子零件、汽車類零件、辦公自動(dòng)化類零件、家用電器類零件和電動(dòng)工具類零件等。

圖1

2. 主要加工設(shè)備及測(cè)量設(shè)備主要異形精密軸車削加工采用CINCOM L20多軸復(fù)合加工中心（見圖2），含兩個(gè)主軸，其中正面主軸轉(zhuǎn)速達(dá)10 000 r/min，主、副軸既可實(shí)現(xiàn)同步加工，也可實(shí)現(xiàn)重疊加工，機(jī)器精度和加工效率都較高；設(shè)備可配置7把車刀、5把銑刀和6把鉆頭類刀具；機(jī)器系統(tǒng)為三菱數(shù)控系統(tǒng)，可執(zhí)行0.00 01 mm指令，即亞微米指令。加工時(shí)配育良專業(yè)送料機(jī)，安裝住友數(shù)控刀具，使用尤希路專用切削油，控制環(huán)境溫度，可以加工微米級(jí)精度外徑。實(shí)際生產(chǎn)中，溫度要求高，機(jī)器熱機(jī)時(shí)間比較長(zhǎng)，設(shè)備要配置溫度控制系統(tǒng)，保證機(jī)器溫度處于穩(wěn)定范圍，切削液需要冷卻處理。

圖2

直徑小于1 mm的異形精密軸通常采用ESCO設(shè)備，ESCOMATIC D5 TWIN裝備數(shù)控系統(tǒng)，可控制8軸，為瑞士設(shè)備（見圖3），此設(shè)備可以直接將線材卷料校直，切料加工溝槽，可以配置鉆孔刀具進(jìn)行二次加工。ESCO設(shè)備加工外徑為φ 0.3～φ 4 mm，主軸轉(zhuǎn)速達(dá)18 000 r/min，加工時(shí)工件用筒夾頭夾住，刀具旋轉(zhuǎn)切削，加工精度高，切削油需要去霧冷卻處理，刀具為可旋轉(zhuǎn)成形刀。ESCO設(shè)備加工精度及生產(chǎn)效率都比較理想，但是配件和設(shè)備維護(hù)成本高，成形刀具設(shè)計(jì)制作在國(guó)內(nèi)也比較困難。

圖3

無(wú)芯磨床生產(chǎn)效率高，設(shè)備精度也要求較高，經(jīng)過改造后的設(shè)備在精密軸生產(chǎn)設(shè)備中屬于關(guān)鍵設(shè)備。高精度無(wú)芯磨床主軸通常采用動(dòng)壓軸承，如圖4所示高精度無(wú)芯磨床布置在恒溫車間，加工送料采用自動(dòng)轉(zhuǎn)盤式送料，并在入料口安裝主動(dòng)送料控制器；機(jī)器經(jīng)過改造后，配置精密自動(dòng)修整砂輪機(jī)構(gòu)，自動(dòng)修導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)，0.001 µm級(jí)自動(dòng)進(jìn)給補(bǔ)償機(jī)構(gòu)；機(jī)器自動(dòng)控制時(shí)，采樣動(dòng)壓軸承各進(jìn)出油管壓力，進(jìn)行加工狀態(tài)調(diào)整控制；該機(jī)器安裝一套在線自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，如圖5所示，可實(shí)現(xiàn)0.01 µm級(jí)外徑檢測(cè)，并根據(jù)設(shè)定公差范圍對(duì)廢料進(jìn)行剔除，并自動(dòng)調(diào)整機(jī)器參數(shù)；配備自動(dòng)出料裝置；外部配置磨削液精密過濾系統(tǒng)及磨渣清理裝置，以及冷卻液溫度控制系統(tǒng)；該設(shè)備是高精度精密軸批量化加工的核心設(shè)備。

圖4

圖5

外徑精密測(cè)量?jī)x（見圖6）是線外高精度測(cè)量?jī)x器， 由于金屬對(duì)溫度變形影響大，測(cè)量?jī)x零件大都采用特種陶瓷材料，觸頭采用寶石，外徑檢測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)高精度傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)進(jìn)行加工處理后顯示出來(lái)，檢測(cè)分辨率可達(dá)0.001 µm；該測(cè)量?jī)x器長(zhǎng)期放置在環(huán)境溫度（20±1）℃中，被測(cè)量精密軸要求在恒溫室靜置4 h，測(cè)量人員應(yīng)配戴專用手套并配口罩。該外徑測(cè)量?jī)x也是高精度精密軸關(guān)鍵設(shè)備。

圖6

3. 生產(chǎn)工藝特點(diǎn)

精密軸細(xì)長(zhǎng)微小， 尺寸精度高，表面精度高，精密軸加工工藝特點(diǎn)為：加工方法多，工序參數(shù)確定難。

精密軸生產(chǎn)的加工方法主要包括塑性加工、金屬切削加工、金屬熱加工、精密磨削、表面處理和精密清洗等，不僅有傳統(tǒng)熱處理和機(jī)加工等內(nèi)容，而且有特殊表面處理加工內(nèi)容；熱處理中包含保護(hù)氣氛淬火、回火、深冷處理和真空熱處理；磨削加工可細(xì)分為外圓磨、內(nèi)孔磨、平面磨、無(wú)芯磨、端面磨、倒角磨、溝槽磨、絲桿磨、D-CUT加工、球面磨和精研加工；機(jī)加工主要方法有數(shù)控加工、ESCO加工、凸輪機(jī)加工和專用機(jī)器加工；表面處理主要有膨化處理?清洗方法有超聲波汽相清洗、堿洗、酸洗、純水自動(dòng)清洗及超聲波自動(dòng)清洗。

目前精密軸工序參數(shù)主要是根據(jù)工藝流程按工藝數(shù)據(jù)庫(kù)確定，工藝數(shù)據(jù)庫(kù)是按現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備特點(diǎn)及其他標(biāo)準(zhǔn)條件，經(jīng)生產(chǎn)試驗(yàn)形成的。實(shí)際生產(chǎn)中，因材料、生產(chǎn)設(shè)備、人員、工序和環(huán)境的微小變化造成工序參數(shù)無(wú)法適用生產(chǎn)。

精密軸目前材料主要采用3C r13，通常經(jīng)淬火和回火處理后，硬度為500～700 HV。主要光軸類工藝流程為：線材切斷→熱處理→回火→校直→端面磨→滾磨→外圓粗磨→中滾磨→外圓精磨→精滾磨→清洗→去磁→外觀檢查→包裝。通常異形精密軸加工工藝流程為：數(shù)控切削→熱處理→回火→粗滾磨→外徑粗磨→外徑半精磨→中滾磨→外徑精磨→精滾磨→超聲波清洗→去磁→外觀檢查→包裝。

4. 國(guó)內(nèi)精密軸技術(shù)難點(diǎn)

國(guó)內(nèi)精密軸加工技術(shù)難點(diǎn)主要有材料、設(shè)備、工藝和理論研究。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)材料問題比較多，性能不穩(wěn)定，導(dǎo)致后續(xù)加工無(wú)法達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求，但是，日本精密軸加工企業(yè)可以與鋼廠合作開發(fā)專用于精密軸的材料（如15MH，KWS4MA）來(lái)綜合提高精密軸性能。

精密軸關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備屬于定制設(shè)備，無(wú)法在市場(chǎng)上買到，設(shè)備機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)要求精度高，投入高，開發(fā)難度大，大多數(shù)企業(yè)不愿意去開發(fā)此類設(shè)備；精密軸工藝參數(shù)屬于外資企業(yè)的核心數(shù)據(jù)，精密軸工序細(xì)分可達(dá)幾十種，而且各個(gè)工序參數(shù)需要龐大試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，工藝參數(shù)需要長(zhǎng)時(shí)間積累及成本投入，國(guó)內(nèi)企業(yè)建立工藝數(shù)據(jù)庫(kù)還有很多工作要做。

精密軸加工許多理論研究國(guó)內(nèi)還沒開始，而日本企業(yè)很多理論已經(jīng)應(yīng)用于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)， 理論研究和知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面與日本企業(yè)差距大。

來(lái)源：金屬加工（冷加工）2014年11期