偏心軸的一種裝配加工方法

童 洲，何家耀，龍勇坤，陳杰豪

（華南理工大學(xué)廣州學(xué)院 工程訓(xùn)練中心，廣東 廣州 510800）

華南理工大學(xué)廣州學(xué)院院近期開展的“學(xué)生研究計劃”中，一個項目題為“簡易手動彎角機的設(shè)計”。其中彎角機的傳動部分由一個偏心軸和一個滑塊組合構(gòu)成，工作原理是由偏心軸轉(zhuǎn)動帶動滑塊組合，做直線往復(fù)運動，從而驅(qū)動刀具做彎板加工。

1 工件分析

偏心軸的結(jié)構(gòu)如圖1所示。該軸的材料為45鋼，總長為368 mm，最大直徑為Φ110 mm，中間起支承作用并與機架作滑動配合的部分，直徑分別為Φ58 mm和Φ 40 mm，左側(cè)Φ 35 mm外圓與滑塊組合中的小方塊內(nèi)孔作滑動配合，外圓中心線與主軸中心線偏心22.5 mm，右端是端面外接圓為Φ 40 mm的正六棱柱，用于連接相應(yīng)的套筒扳手，以便手動扳轉(zhuǎn)主軸。

圖1 偏心軸

由于工件較長，并且各部分直徑大小差距以及偏心距較大，如果采用一整段材料直接車削加工，材料將嚴(yán)重浪費，而且車削偏心部分產(chǎn)生的離心力也會非常大，工件容易產(chǎn)生變形，無法保證加工精度。

2 加工方案的確定

根據(jù)學(xué)院工程訓(xùn)練中心現(xiàn)有的加工條件，結(jié)合偏心軸的技術(shù)要求和實際應(yīng)用，我們決定將偏心軸分成3個部分來加工。

大體的加工思路是：

將中間直徑最大的Φ110 mm部分單獨作為第一部分，粗車端面及外圓后，車內(nèi)孔Φ49.9 mm后車內(nèi)螺紋M52；

右側(cè)4段合成第二部分來加工，為了與第一部分的內(nèi)螺紋配合，左端車外螺紋M52，長度35 mm；兩部分螺紋擰緊后，精車外圓及端面，然后在左邊端面加工偏心孔Φ30 mm，孔深30 mm，偏心22.5 mm，右端加工則使用分度頭裝夾，銑削六棱柱側(cè)面；

左側(cè)Φ35 mm的偏心部位，作為第三部分，為將其打入偏心孔內(nèi)，右側(cè)配車Φ30 mm軸端，長度30 mm，與偏心孔形成過盈配合。

總的來說，整個偏心軸由這3個部分，分別加工完成后裝配而成。

偏心部位與主軸分開加工，可以避免因車偏心部位而產(chǎn)生的離心力，而30 mm長的過盈配合部分，也能保證偏心部位與主軸牢固連接，并且可以防止M52螺紋連接返松。但分開加工然后裝配的整個工藝過程要保證精度，難度非常大。其中最主要的難點就是偏心孔的加工，以及如何在不破壞第二、第三部分裝配體精度的前提下，加工偏心孔并保證其中心線與主軸中心線的平行度。

3 Φ30 mm偏心孔的加工

由于主軸較長，以現(xiàn)有條件在銑床及鉆床上，均不能實現(xiàn)穩(wěn)固裝夾，因此無法使用這些設(shè)備加工。線切割以及電火花加工雖不用穩(wěn)固裝夾，但裝夾過程同樣復(fù)雜，況且線切割無法加工盲孔，電火花加工時間太長。基于上述情況，我們考慮根據(jù)要求劃好線后將車床進(jìn)行改裝，用來加工主軸偏心孔。

3.1 偏心孔的加工嘗試

（1）車床的改裝。如圖2所示，先將車床上的刀架部分和三爪卡盤拆掉，用心軸連接刀具，用中托板來固定工件，留下帶手柄的大螺栓與原有的螺孔配合，用來壓緊固定工件左側(cè)的壓板。右側(cè)則另外加工一個夾具來固定，該夾具是在G字夾具的基礎(chǔ)上改裝而成，通過在一端加裝兩段平行的鉗口，在夾緊時可以有效地防止工件作橫向擺動。經(jīng)過改裝后，車床可當(dāng)成臥式鉆床或者臥式鏜床來使用，通過轉(zhuǎn)動溜板箱手輪可帶動工件作進(jìn)給運動。

圖2 偏心孔的加工

（2）裝夾位置的校正。工件裝夾的過程中，為保證其軸線與車床主軸軸線的平行度，需用百分表對Φ 50 mm軸段的母線進(jìn)行打表校正。

檢驗工件軸線對刀架移動平行度時，把百分表固定在機床床身上，使百分表測頭觸及工件Φ 50 mm軸段表面?zhèn)饶妇€，移動刀架對整段進(jìn)行檢測。微調(diào)左右兩端的前后位置，使百分表在兩端的讀數(shù)相等。將百分表測頭移至頂母線附近位置，調(diào)整中托板絲杠手輪使工件前后移動，記錄百分表的最大讀數(shù)。當(dāng)百分表兩端的最大讀數(shù)相等，并且在同一前后位置左右移動讀數(shù)變化不超過0.01 mm時，兩軸線的平行度校正完成。

車床上的三爪卡盤拆掉后，裝上鉆夾頭以及Φ 5 mm中心鉆，轉(zhuǎn)動工件并調(diào)整中托板絲杠手輪，使得偏心孔中心對準(zhǔn)中心鉆，然后將工件夾緊。

（3）偏心孔的加工。首先在偏心孔中心位置鉆中心孔，然后拆下鉆夾頭，使用過渡套筒裝上Φ 29 mm鉆頭。在鉆Φ 29 mm內(nèi)孔時，慢慢轉(zhuǎn)動溜板箱手柄，并控制鉆孔深度不超過35 mm。

鉆完內(nèi)孔Φ 29 mm后，我們原計劃直接使用Φ 30 mm的鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔，但由于當(dāng)時時間緊迫，沒有嚴(yán)格按照要求配齊夾具，以致于鉆孔精度沒有達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。從圖2中我們可以看到，壓板由于厚度只有10 mm，在巨大壓緊力作用下，已經(jīng)產(chǎn)生彎曲變形，而工件直接放置在中托板上，左側(cè)裝夾只靠兩點接觸，無法限制工件的橫向偏移，使得鉆孔時工件發(fā)生了小幅的振動，從而導(dǎo)致鉆出的孔內(nèi)壁過于粗糙，并產(chǎn)生了一定的錐度。

對于這種情況，為保證孔的精度，我們考慮改用鏜孔進(jìn)行最后的加工。使用百分表重新校正工件與車床主軸軸線的平行度，然后將鏜刀刃口調(diào)到與刀桿中心線間距為15 mm的位置并裝上車床，精鏜Φ 30 mm內(nèi)孔。

3.2 加工總結(jié)及方案的改進(jìn)

從加工嘗試的過程，我們可以看到，工件裝夾是否牢固，對偏心孔的加工精度影響非常大。對此我們總結(jié)出一個比較合理的裝夾改進(jìn)方案。

如圖3所示，工件左右兩端通過一對V型架固定在中托板上，軸向定位由主軸左側(cè)第一個軸肩與中托板左側(cè)面接觸限位來實現(xiàn)，即左側(cè)裝夾Φ58 mm位置。由于裝夾部位直徑只有40 mm，中托板左右兩側(cè)又有3 mm的高度差，懸空部分須加12 mm厚的墊板，以防夾緊時變形。左側(cè)的壓板為保證壓緊時有足夠的剛度，厚度必須在15 mm以上。

圖3 工件的裝夾及校正

4 加工過程中的注意事項

偏心軸的實際加工過程，還有一些值得注意的地方。

首先，工件必須嚴(yán)格按照要求裝夾牢固，確保工件不發(fā)生移動或者轉(zhuǎn)動，這點在缺乏專用夾具時顯得尤為重要。

其次，需注意加工工藝中的先后順序。由于螺紋連接裝配難以保證第一和第二部分的中心軸線完全重合，因此，必須將精車外圓放在兩部分連接裝配之后再進(jìn)行。同樣的道理，與Φ 30 mm偏心孔緊配的第三部分，須放在最后加工，以便偏心孔的尺寸誤差較大時，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行準(zhǔn)確的配車，保證兩個部分裝配緊密。

另外，偏心孔的加工過程中，應(yīng)先用小鉆頭鉆孔，然后再逐漸選用較大的鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔，這樣可以減小鉆孔時的阻力，保證位置精度。

5 結(jié)束語

實踐證明，偏心軸經(jīng)分開加工再裝配后，其強度與精度能夠達(dá)到手動彎角機的傳動技術(shù)要求。這種加工方案不需要特殊裝備，方法簡單實用又比較經(jīng)濟(jì)，效率高，能夠符合此類偏心軸的加工要求。

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