數(shù)控車床加工中空叉架軸工藝及工裝夾具設(shè)計(jì)

翟佳彬（寧波海天精工股份有限公司，浙江 寧波 315000）

數(shù)控車床加工中空叉架軸工藝及工裝夾具設(shè)計(jì)

翟佳彬
（寧波海天精工股份有限公司，浙江 寧波 315000）

中空叉架軸是航空航天、汽車制造、工程機(jī)械領(lǐng)域的一種典型零件，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜不易裝夾，軸頸往往與內(nèi)孔有較高的同軸度要求，以傳統(tǒng)加工工藝車削軸頸及內(nèi)孔時(shí)，加工效率低，精度不易保證且由于毛坯較為昂貴，切削余量小，成品合格率也較低。本文就以上問題介紹一種可在數(shù)控車床上一次裝夾車削中空叉架軸軸頸及內(nèi)孔的工藝方法及工裝夾具設(shè)計(jì)。

中空叉架軸；車削；工藝；工裝夾具

一、中空叉架軸結(jié)構(gòu)介紹

圖1 中空叉架軸結(jié)構(gòu)簡圖

圖2 SMW卡盤、油缸、拉管、拉桿裝配簡圖

圖3 卡爪與軸頸外圓車削時(shí)的專用頂尖

中空叉架軸為動力傳輸件，由頭部、過渡段、軸頸、叉架段、開口、內(nèi)孔及小通孔等部分組成（圖1）。其中頭部多為矩形，軸頸表面光潔度要求為1.6，加工等級多為IT6級，內(nèi)孔表面光潔度也為1.6，加工精度多為IT7～I(xiàn)T6級，且與軸頸有0.020mm的同軸度要求。長度范圍多在500mm～1000mm。為保證強(qiáng)度，材料多為鍛鋼或鈦合金件，毛坯較為昂貴，所以切削余量較小。

二、傳統(tǒng)加工方法及其弊端

1 此件矩形頭部四表面為鍛造表面，同批次毛坯間存在0.5mm～1mm尺寸誤差。以四爪卡盤夾持頭部時(shí)，由于卡盤四爪聯(lián)動，四個(gè)卡爪行程完全相等，意味著裝夾下一個(gè)毛坯時(shí)，需要測量其頭部尺寸相對上一件的尺寸誤差，人工調(diào)整卡爪相對于卡盤底爪的位置。若誤差與底爪梳齒間距的倍數(shù)相差較大時(shí)，還需更換卡爪。裝夾前的準(zhǔn)備工作量巨大，效率極低。由于毛坯切削余量小，此步驟若存在誤差，極易導(dǎo)致其后工序加工余量不足造成零件報(bào)廢。

2 車削軸頸外圓時(shí)，由于叉架段開口的存在，無法使用尾座頂尖給予尾端支撐，工件下垂。若主軸轉(zhuǎn)速較高則極易發(fā)振，無法滿足精度要求，使用較低的主軸轉(zhuǎn)速加工又不易保證表面光潔度要求并且加工效率較低。

3 車削內(nèi)孔時(shí)，同樣存在工件的下垂，同時(shí)由于叉架段剛性較差，在重力及離心力的作用下，叉架開口會以一定的頻率開合，造成零件振動。

三、加工方法的改進(jìn)及工裝夾具的設(shè)計(jì)

1 選用SMW -TPT系列四爪液壓卡盤、 SMW-DEC系列雙活塞旋轉(zhuǎn)油缸，通過拉桿和拉管聯(lián)接（圖2），由腳踏開關(guān)通過液壓油路控制，可實(shí)現(xiàn)卡爪2+2兩兩聯(lián)動，相當(dāng)于兩套兩爪卡盤同軸且互不干擾。如圖3所示，裝夾工件時(shí)，首先卡爪1與卡爪3同時(shí)運(yùn)動，夾住工件，將工件在上下方向上粗定心。然后卡爪2與卡爪4同時(shí)運(yùn)動，夾住工件，此時(shí)卸去卡爪1與卡爪3的液壓力，使工件在左右方向上粗定心。反復(fù)以上動作2～3次，工件可實(shí)現(xiàn)較為準(zhǔn)確的定心，保證了切削余量在各方向的平均分配，杜絕了后續(xù)工序加工余量不足造成的零件報(bào)廢，同時(shí)也保證了四個(gè)卡爪全部有效地夾緊工件。另外，每個(gè)卡爪上還各帶卡爪墊2件，只需更換厚度不同的墊就可裝夾不同尺寸的矩形頭部，也可根據(jù)毛坯的材料或硬度改換相應(yīng)的卡爪墊（如黃銅墊、鋼墊、淬硬鋼墊等）。

圖4 內(nèi)孔車削時(shí)中心架的應(yīng)用與叉架開口的固定

2 車削軸頸外圓時(shí)，機(jī)床尾座可安裝專用雙頭頂尖（圖3），此頂尖通過錐柄裝于尾座主軸中，端部兩個(gè)頂尖頭插入工件上預(yù)鉆好的頂尖孔，兩頂尖頭軸線距離公差為0.005mm。通過雙頭頂尖的支撐，解決了工件下垂的問題，機(jī)床主軸可以以較高的速度運(yùn)行，在滿足軸頸外圓的加工精度和表面光潔度的同時(shí)還有效提高了加工效率。

3 如圖4所示，車削內(nèi)孔時(shí)，撤回雙頭頂尖，利用已車削完畢的軸頸外圓增加自定心中心架來防止工件的下垂。在叉架開口處放入套筒，用長螺桿穿過彈簧墊圈、工件本身的小通孔和套筒，另一側(cè)用雙螺母緊固并防松，叉架開口被固定為封閉框式結(jié)構(gòu)，完全消除了叉架開口的開合造成的振動。下垂與振動消除，意味著可以以較高的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度切削，提高加工效率的同時(shí)也能比較容易得到所需表面光潔度。由于內(nèi)孔加工實(shí)際是通過中心架以軸頸外圓為基準(zhǔn)，成品內(nèi)孔與軸頸外圓的同軸度完全滿足0.020mm的要求。

結(jié)語

經(jīng)驗(yàn)證，以上工藝方法及工裝夾具可有效提高中空叉架軸外圓及內(nèi)孔車削工序的精度、表面質(zhì)量，提高加工效率和成品合格率，大大降低工件裝卡的工作強(qiáng)度，對類似工件的車削加工提供新的思路或啟發(fā)，具有一定的參考價(jià)值。

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[2]現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊編委會.現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[3]孟少農(nóng).機(jī)械加工工藝手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.

[4]梁炳文.機(jī)械加工工藝與竅門精選[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

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