在电梯传动系统中，传动轴是传递转矩而不承受弯矩的机械零件。为了达到使用性能，保证电梯的安全运行，对于传动轴的加工有严格的工序要求。DHJ05系列传动轴采用1Cr17Ni2不锈钢材料制成，长径比大于25，属于细长轴类零件。细长轴加工难度大的主要原因有：①工艺刚性差，在加工过程中易受到切削力、夹紧力等外力作用而产生变形和振颤，破坏刀具和工件之间的位置关系，降低加工精度。②热扩散性差，在切削热的作用下，产生线膨胀。如果两端为固定支承，则轴会因伸长而顶弯，出现椭圆形、圆锥形、腰鼓形及竹节形弯曲等情况，造成圆度和圆柱度误差。通过生产实践以及与技术人员交流，探索采用沈阳一机HTC40系列数控车床批量加工传动轴的有效方法，主要包括：①在粗加工中采用带滚动轴承的新型中心架，黄铜管减少触头磨损，降低形位误差。②在热处理中采用分级淬火，有效地减少转变过程中裂纹的产生，防止传动轴在使用过程中发生断裂。③在精加工中采用PCBN车刀，以车代磨，提高加工精度和加工效率。
1. 粗加工阶梯轴
DH-J05系列电梯的年产量为800台，其传动轴的生产类型为中小批量生产。
（1）车削加工工艺。毛坯φ 35mm × 805mm ，材质为1Cr17Ni2不锈钢，是低碳铬镍型耐蚀钢，具有较高的强度、硬度及良好的耐蚀性。采用三爪自定心卡盘装夹毛坯左端φ 35mm×400mm处。为了减少径向切削力对细长轴弯曲变形的影响，通过自制带轴承的新型中心架支撑在φ 35mm×200mm处，以增加工件的刚度。采用45°硬质合金车刀粗车右端面，钻中心孔。调头后粗车左端面，钻中心孔，保证2个中心孔的轴线和尺寸一致，此时保证总长796mm。粗车外圆时采用85°硬质合金车刀、5 m m切槽刀、6 0°螺纹车刀，一夹一顶装夹方式分段车削， a p=0.5mm 、n=800r/min、f=0.1mm/r。粗车后各阶段外圆尺寸分别为：M20×1.5mm、5mm×φ 15mm、φ 26mm × 37.1mm 、 5mm ×φ 20mm、φ 31mm×112.4mm、5mm ×φ 25mm 和φ 33mm ×396.3mm。各外圆精车余量为0.5mm，Ra＜0.8μm，尺寸精度可达0.08mm。粗车后采用校直机对传动轴进行调直，使跳动小于0.04mm。
（2）采用带滚动轴承的中心架。批量加工时，由于工件在中心架的支承下旋转，两者间为滑动摩擦，极易产生摩擦过热。当支承毛坯工件时，由于待加工表面比较粗糙、圆度较差，造成中心架支承爪的圆弧面磨损严重、间隙增大、支承爪的圆弧面与工件表面接触不良，同时又有剧烈的跳动，必须经常调整支承爪。当支承已加工表面时，中心架支承爪又易擦伤、拉毛、咬坏已加工表面，影响工件的加工质量和表面粗糙度。
对原有中心架结构进行改进，设计出带滚动轴承的新型中心架。制作过程：根据支承爪的尺寸选用型号为608的深沟球轴承，其内径为φ 8 0-0.007mm、外径为φ 22 0-0.008mm、宽度为7 0-0.12mm。该类轴承的摩擦系数小、极限转速高、结构简单、成本低，而且非常耐用，无需经常维护。主要用来承受径向载荷，也可以承受一定量的径、轴向联合载荷。在支承爪端部铣出9个13mm的沟槽，并在两侧钻出通孔φ 8-0.02-0.03m m，在车床上车出销钉φ 8+0.03-0.02 mm。轴承与销钉采用基孔制配合φ 8H7/s5，销钉与通孔采用基轴制配合φ 8S7/h7。
支承爪装配到中心架上后，采用试棒和百分表对中找正。试棒装夹在三爪自定心卡盘上，中心架架在导轨上，百分表装在表架上，测量主轴的跳动，反复调整中心架支承爪，直到指针指在0.01mm范围内，即保证中心架中心与主轴中心一致。带滚动轴承的新型中心架用滚动摩擦代替普通中心架的滑动摩擦，降低摩擦热，从根本上解决了由于支承爪磨损导致误差增大的问题。
2. 精加工阶梯轴
（1）分级淬火热处理。以前采用的热处理方法是单介质淬火和低温回火。由于奥氏体比马氏体的密度大，因此奥氏体向马氏体转变的过程中，因体积变化产生热应力和相变应力，导致工件产生裂纹。传动轴在使用过程中易发生断裂，不仅给生产企业造成经济损失，更重要的是将会给乘客的安全带来隐患。
通过观察易断裂处附近金相试样及多次热处理试验，在查阅金属材料热处理手册后，提出将工件粗加工后的热处理工艺改进为分级淬火和低温回火。
分级淬火工艺：将工件放到高频淬火机的感应器内，高频加热到950～1 050℃，保温50min。取出工件后放入温度为1 210℃的盐浴炉中，即稍高于马氏体转变温度点，保温2～5min，待其表面与心部的温度均匀后取出，吹风冷却，使之发生马氏体转变，如图4所示，其目的是减少内应力，防止转变过程中的变形和开裂。
低温回火工艺：将冷却后的工件放入电炉，加热到275～350℃，保温150min后取出，吹风冷却。目的是得到马氏体组织，在保证淬火后的高硬度和耐磨性的基础上，降低淬火应力，提高韧性。硬度为45～50HRC、抗拉强度σ b≥850MPa、伸长率δ=5%。
（2）刀具选择。以前的精加工方法是用TiAlN涂层硬质合金车刀精车传动轴后，在M1432A磨床上进行精磨。精车时，a p=0.2mm、f=0.1mm/r、n=300r/min。硬质合金车刀车削淬火钢的缺点是刀具磨损快、切削效率低，通常车削完一个工件后需要更换刀具。传动轴在磨床上精磨时需要再次定位，产生定位误差，影响加工精度。传动轴在磨削力和磨削热的作用下，产生受迫振动和自激振动，使传动轴表面产生直波振纹和多角振纹并出现径向跳动误差。传动轴自重产生的挠度会使其在加工中产生让刀现象，导致被加工表面出现素线不直的缺陷。
（3）采用PCBN车刀。针对传动轴材质的特点，提出在精车阶段采用PCBN车刀，即聚晶立方氮化硼车刀，如图5所示。PCBN刀片通过CBN粉末和结合剂经超高压高温烧结而成，维氏织，在保证淬火后的高硬度和耐磨性的基础上，降低淬火应力，提高韧性。硬度为45～50HRC、抗拉强度σ b≥850MPa、伸长率δ=5%。
传动轴经过两次热处理后，硬度达到 4 5 ～ 50HRC 。HTC40系列数控车床的卡盘直径 为 2 54mm 、最大车削长度为1 030m m、重复定位精度为0.006mm。三爪自定心卡盘装夹毛坯左端φ 33mm×400mm处，中心架支撑在φ 33mm×200mm处，采用一夹一顶装夹方式分段硬车削。硬车削是指把淬硬钢的精加工由磨削改为车削的工艺方法。采用硬车削时，应合理选择刀具和车床工艺系统。刀具的材料一般选择硬度高、耐磨性好、热稳定性好的陶瓷、PCBN材料。淬硬钢切屑为带状，脆性大、易折断、不粘结，切削表面不产生积屑瘤，表面质量高，但切削力比较大，所以刀具宜采用负前角≥－5°和较大的后角10°～15°，主偏角一般取45°～60°，以减少工件和刀具振颤，车床系统应具有足够的刚性。
精车外圆时采用35°PCBN车刀，ap=0.3mm、f=0.1mm/r、n=1 200r/min，走两刀完成精车余量的车削，打样时走一刀后，根据测量结果进行调整。主轴转速的选择与数控车床的稳定性有关，转速过低时不能发挥PCBN车刀的切削性能，转速太高时机床会产生振动，从而加剧刀片损坏，因此主轴转速的选择应结合所用车床型号。精车后的表面粗糙度值Ra=0.4μm，加工精度达到IT6。
使用PCBN车刀加工传动轴可以从刀具寿命、加工精度及工时等方面保证加工质量，提高加工效率。与车削+磨削工艺相比，使用PCBN车刀以车削代替磨削完成精加工有以下优点：①加工效率高。免去磨削中再次定位、装夹，减少换刀次数，车削的金属切除率是磨削的3～4倍，使单件加工时间由以前的2.5h缩短为1.5h，加工效率提高67%。②加工成本低。PCBN车刀相对硬质合金车刀的价格偏高，造成加工成本上升，但将磨床等设备投资摊入生产成本，综合测算后成本大幅降低，既节省人员、设备投资、占地面积，又符合柔性生产要求。③加工精度满足图样要求。在一次装夹中完成多个表面加工，减少定位、装夹次数，从而减少误差。
（4）存在的问题及解决方法。
工件振颤：由于细长轴的刚性不足，且车削阶梯轴时不便使用跟刀架在加工时容易产生振颤。
解决方法：在车刀装夹时，刀尖中心低于主轴中心 0.1 ～0.2mm，刀尖过高或过低会对工件产生向下或向上的径向力，使工件产生振颤。刀片的主偏角大于0°，此时车刀对工件具有适当的径向力，能消除部分振颤，使切削平稳，尾座套筒的伸出长度不宜过长。
工件热变形伸长：虽然PCBN车刀具有良好的导热性，不加切削液同样可达到理想的加工质量和较长的使用寿命，但高速车削导致工件热变形轴向伸长。
解决方法：①使用非水溶性切削液。PCBN车刀车削淬硬钢时，湿式切削比干式切削寿命要长，使用切削液可吸收切削热，有效降低前后刀面的磨损速度，但必须使用非水溶性切削液，因为CBN易在1 000℃产生水解作用，造成刀具严重磨损。②采用弹性回转顶尖。当工件受热伸长时，顶尖有向后退让的余量，防止工件产生弯曲变形。顶尖的松紧以刚顶上工件为宜，不宜过紧，并在切削过程中随时观察顶尖的松紧，进行调整。
（5）PCBN车刀使用注意事项。使用时除参照刀片切削用量表外，还应根据车床、工件等情况合理选择。①切削用量：切削速度要根据被加工材料选择。切削硬度为50～60HRC的淬硬钢时，v c=80～120m/min，切削速度过低，不能发挥PCBN车刀的切削性能。f≤0.2mm/r，a p≤0.3mm。②车床工艺系统：硬车削时，径向力很大，要求车床的系统刚性要好、功率要大。PCBN车刀装夹时，悬伸长度尽量短，以防止刀杆颤振和变形。③切削硬度高和不规则的工件：PCBN刀片较脆，在工件表面有夹渣、砂眼、凹凸不平时，最易发生冲击，使刃口破裂。使用PCBN 车刀前，先将冷硬层粗车一次，以减小对PCBN 车刀的冲击力。
3. 加工工艺过程
传动轴的加工工艺过程。
4. 结语
细长轴类工件虽然结构简单，但由于本身的形状特点致使加工难度大，被认为是车削中的难题之一。通过在粗加工中采用带滚动轴承的新型中心架，在热处理中采用分级淬火，在精加工中采用PCBN车刀，探索出电梯传动轴数控车削的有效方法。但在控制温升、变形、振颤及工艺设计等方面仍然存在进一步改进的空间。