橢圓軸零件的工藝分析及夾具設(shè)計(jì)

溫滬斌

（惠州市技師學(xué)院，廣東惠州 516003）

1 橢圓軸零件分析

該零件（如圖1所示）表面由圓柱、圓弧、橢圓弧、錐面、槽、普通螺紋等表面組成。其中多個(gè)直徑有裝配需要，故有較嚴(yán)格的尺寸精度和表面粗糙度要求。尺寸標(biāo)注完整，輪廓描述清楚。選用毛坯為45#鋼，無(wú)熱處理和硬度要求。

通過上述分析，采取以下幾點(diǎn)工藝措拖。

（1）對(duì)零件圖上多個(gè)精度要求較高的尺寸，由于其公差值較小，故編程時(shí)不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。

（2）零件總長(zhǎng)為125 mm，以中間直徑最大?58 mm圓柱為分界線，將工件分為左右兩端，考慮到總長(zhǎng)超過80 mm，一次裝夾加工成形容易造成工件剛性及穩(wěn)定性不足，故將左、右兩端分兩次裝夾加工。

圖1 橢圓軸零件圖

（3）零件的左端分別為圓柱、錐面、螺紋、槽、橢圓弧特征，其中錐面、螺紋、橢圓弧裝夾困難，圓柱?22長(zhǎng)度僅12 mm，左端不具備直接裝夾的條件；右端分別為圓柱、錐面、圓弧特征，圓柱面最長(zhǎng)部分僅15 mm，右端也不具直接裝夾的條件。

（4）結(jié)合第二、三個(gè)特點(diǎn)，綜合分析考慮，考慮設(shè)計(jì)一個(gè)夾具，利用左端螺紋特征，確保機(jī)床主軸的扭矩通過夾具傳遞工件，同時(shí)保證夾持左端加工右端時(shí)的裝夾剛性和精度。

（5）零件左端有一斜橢圓弧特征，但在現(xiàn)行的數(shù)控系統(tǒng)不具備直接加工橢圓、雙曲線、拋物線之類的非圓曲線插補(bǔ)功能，故需通過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)平移、橢圓參數(shù)方程等數(shù)學(xué)處理，運(yùn)用宏程序編程，完成斜橢圓弧在數(shù)控車床上的加工[1-3]。

2 確定橢圓軸零件加工方案

（1）預(yù)備加工：粗車兩端面，控制毛坯總長(zhǎng)125 mm，毛坯右側(cè)粗車?47×25夾持部分，鉆削零件左側(cè)中心孔，設(shè)置左端面中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)1（如圖2所示）；

圖2 加工橢圓軸左側(cè)部分圖

（2）毛坯先夾緊右側(cè)，然后調(diào)用外圓車刀粗、精車左側(cè)?22外圓，錐面，M36螺紋表面，橢圓弧，?58外圓及倒角，車長(zhǎng)度約85 mm，并控制尺寸精度和表面質(zhì)量；

（3）調(diào)用切槽刀，粗、精車?28×5槽并切出螺紋倒角，并控制尺寸精度；

（4）調(diào)用螺紋車刀加工M36×2的外螺紋；

（5）制作夾具（如圖3所示），以?43.553橢圓回轉(zhuǎn)面的左端面、?22外圓及錐面為定位面，以內(nèi)外螺紋聯(lián)接作為傳遞扭矩進(jìn)行加工零件右側(cè)的外圓、錐面、圓弧等特征，保證其同軸度；

圖3 采用夾具加工橢圓軸右側(cè)部分圖

（6）調(diào)頭加工：將已加工零件左側(cè)旋入夾具上，設(shè)置零件右端面中心為坐標(biāo)原點(diǎn)2，然后調(diào)用外圓車刀粗、精車零件右側(cè)?25外圓、錐面、?48外圓、?58外圓及倒角，并控制尺寸精度和表面質(zhì)量；

（7）先調(diào)用切槽刀，按下圖所設(shè)計(jì)尺寸編程粗加工圓弧表面，盡可能使精加工余量均勻，然后調(diào)用R5圓弧形車刀直接車削到要求尺寸；

（8）返回坐標(biāo)原點(diǎn)，換回外圓車刀，消除刀補(bǔ)，結(jié)束程序。

3 斜橢圓宏程序編制[4-5]

（1）圖形分析（如圖4所示）

圖4 斜橢圓各編程參數(shù)示意圖

橢圓的長(zhǎng)半軸和短半軸分別為25 mm和12.5 mm，從圖形上部看是水平橢圓逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)15°得到的斜橢圓，從下部看是水平橢圓順時(shí)針旋轉(zhuǎn)15°得到的斜橢圓，即 ||α=15°。這里取正值還是負(fù)值哪？根據(jù)筆者實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是這樣的：按“從起始點(diǎn)1到終止點(diǎn)2的運(yùn)動(dòng)要使橢圓上運(yùn)動(dòng)點(diǎn)和橢圓中心的連線與Z軸的正方向的夾角愈來(lái)愈大”的原則，來(lái)確定是按圖形上部旋轉(zhuǎn)還是按圖形下部旋轉(zhuǎn)確定旋轉(zhuǎn)角的正負(fù)。這里α=-15°。

（2）坐標(biāo)平移

橢圓中心距離編程原點(diǎn)距離為I=35.47（X方向）、K=－50.852（Z方向），那么點(diǎn)A在編程坐標(biāo)系的坐標(biāo)：

（3）計(jì)算起始、終止角參數(shù)角

在上圖中以橢圓中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，以水平和豎直方向?yàn)樽鴺?biāo)軸建立ZOX坐標(biāo)系，以橢圓長(zhǎng)軸和短軸為坐標(biāo)軸建立Z′OX′坐標(biāo)系。在ZOX坐標(biāo)系中，借助CAD／CAM軟件繪制橢圓弧，經(jīng)測(cè)量得：

起始角 θ1=119.68° 終止角θ2=180°

4 結(jié)束語(yǔ)

在加工零件前應(yīng)全面分析零件圖紙的要求，根據(jù)外形特點(diǎn)、加工項(xiàng)目、裝夾基準(zhǔn)、尺寸分析、形位公差等技術(shù)要求，考慮切削力大小及形位公差確定裝夾方式和定位基準(zhǔn)，并細(xì)化加工步驟。對(duì)有些工件不便于裝夾可進(jìn)行夾具的設(shè)計(jì)，合理的定位基準(zhǔn)和裝夾方式是關(guān)鍵，要保證工件裝夾的穩(wěn)定性和剛性，并盡量減少變形，同時(shí)保證裝夾的同軸度等形位公差要求。

［1］鄒新宇.數(shù)控編程［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2006.

［2］陳子銀，徐鯤鵬.數(shù)控加工技術(shù)［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2006.

［3］余英良.數(shù)控加工編程與操作［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［4］黃衛(wèi).數(shù)控技術(shù)與數(shù)控編程［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［5］李家杰.數(shù)控編程余操作實(shí)用教程［M］.南京：東南大學(xué)出版社，2005.