凸輪軸在數(shù)控車床上的裝夾方案研究

陳 益

（常州鐵道高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 常州213011）

0 引言

內(nèi)燃機(jī)是一種通過使燃料在機(jī)器內(nèi)部燃燒，并將其放出的熱能直接轉(zhuǎn)換為動(dòng)力的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。凸輪軸是發(fā)動(dòng)機(jī)里的一個(gè)部件，控制氣門的開啟和閉合動(dòng)作，主要承受周期性的沖擊載荷。凸輪與挺柱之間的接觸應(yīng)力很大，相對滑動(dòng)速度也很高，其工作表面的磨損比較嚴(yán)重。因此凸輪軸軸頸表面除應(yīng)有較高的尺寸精度、較小的表面粗糙度和足夠的剛度外，還應(yīng)有較高的耐磨性和良好的潤滑性，其表面加工質(zhì)量將直接決定內(nèi)燃機(jī)的排放質(zhì)量。因此，合理安排凸輪軸的加工工藝顯得尤為重要。本文著重于凸輪軸數(shù)車精加工工序，分析其在加工過程中的裝夾方案，以便高效、高質(zhì)量地加工出合格的零件。

1 難點(diǎn)分析

凸輪軸是軸類零件，利用數(shù)控車床車削是必不可缺少的加工工序之一。凸輪軸在數(shù)控車床上加工所采用的裝夾方式一般為一夾一頂（即一卡盤夾緊一頂尖頂?。┗蛞粖A一中心架支撐。圖1為用于數(shù)控車床精加工的凸輪軸零件，由于該凸輪軸總長比較短，槽寬比較窄，利用刀架作為數(shù)控車床中心架移動(dòng)的動(dòng)力，中心架可移動(dòng)的范圍小，只能位于法蘭或右端第一個(gè)凸輪上，因此合理選用夾具裝夾極為重要。

圖1 凸輪軸精車工序圖

2 裝夾方案分析

通過對凸輪軸的結(jié)構(gòu)與工藝進(jìn)行分析，若要在數(shù)控車床上兩次裝夾，保證加工精度，有兩種方案：一是采用前道工序加工出的基準(zhǔn)面進(jìn)行兩次裝夾，二是采用專用的夾具對凸輪軸進(jìn)行安裝。

2.1 采用前道工序加工出的基準(zhǔn)面進(jìn)行兩次裝夾

前道工序在加工過程中也有兩種方案：（1）用臥式加工中心來加工，定位元件選用兩V型塊。工件上用兩V型塊組合定位，定位時(shí)定位面的直徑誤差要控制在0.1mm之內(nèi)，鏜削或銑削加工兩法蘭外圓面及在兩端面上加工中心孔，這樣數(shù)車上加工時(shí)需要的所有定位基準(zhǔn)面就全部加工出來了。（2）用外圓磨床去磨兩法蘭外圓面。在磨床上裝夾方式是采用兩頂尖孔定位，雖在磨床上裝夾兩次，但兩次定位基準(zhǔn)都是兩頂尖孔，磨床上加工好后，兩頂尖孔和法蘭外圓面就是數(shù)車加工時(shí)的基準(zhǔn)面。在臥式加工中心或外圓磨床上加工好的工件在數(shù)控車床上兩種裝夾方案均采用一夾一頂方式，其加工精度都可得到保證，但此方案僅適用于小批量的生產(chǎn)，且加工效率不高。

2.2 采用專用夾具進(jìn)行兩次裝夾

采用專用的夾具裝夾，既能保證加工精度又能實(shí)現(xiàn)大批量的生產(chǎn)，其效率也較高。

2.2.1 專用夾具第一次裝夾凸輪軸

在數(shù)控車床上第一次裝夾先采用兩頂尖定位方式，加工所有的外圓面和各槽，然后在加工好的法蘭外圓面上支撐中心架，加工左端面和孔，加工位置如圖2所示。此處使用頂尖定位的卡盤是專用夾具，其頂尖起定位作用，3個(gè)卡爪起夾緊作用，各個(gè)卡爪夾緊行程可不相同，最多可差別5mm。專業(yè)夾具結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 數(shù)車第一次裝夾加工工序

圖3 專用卡盤

2.2.2 專用夾具第二次裝夾凸輪軸

在數(shù)控車床上第二次裝夾先采用一夾一頂定位方式，卡盤是軟爪，夾持在第一次裝夾加工好的法蘭圓面上，頂尖頂在第一次裝夾在卡盤端的中心孔上，加工所有的外圓面和各槽，然后在加工好的法蘭外圓面上支撐中心架，加工端面和中心孔，加工位置如圖4所示，這樣數(shù)控車床上兩次裝夾過程中加工精度都得到了保證。

圖4 數(shù)車第二次裝夾加工工序

3 裝夾方案的確定

由于方案一需要增加一道工序去加工定位基準(zhǔn)，而且凸輪生產(chǎn)線上的加工設(shè)備目前還不具備加工能力，因此決定采用方案二。方案二的專用夾具只需將原有的卡盤改裝就可使用。根據(jù)現(xiàn)有凸輪軸的結(jié)構(gòu)對其卡爪夾持范圍和頂尖孔的位置進(jìn)行改造，改造后效果如圖3所示。為保證裝夾進(jìn)度，在專用卡盤裝上數(shù)控車床后，調(diào)節(jié)3個(gè)安裝螺栓，確保頂尖上的跳動(dòng)在0.02mm之內(nèi)，然后擰緊3只螺栓上的放松螺母。第二次裝夾的軟爪也要在裝夾之前確認(rèn)其跳動(dòng)在0.02mm之內(nèi)，如超差也要對軟爪重新進(jìn)行車鏜加工，確定其跳動(dòng)在要求范圍之內(nèi)。

4 結(jié)語

凸輪軸數(shù)控車削加工過程中裝夾方案的選擇是難點(diǎn)，此次通過對其結(jié)構(gòu)的分析確定了合理的裝夾方案——專用夾具裝夾。選用該裝夾方案仍能保證定位基準(zhǔn)的統(tǒng)一原則，確保凸輪軸在該工序中的加工質(zhì)量；利用該夾具可以省去加工定位基準(zhǔn)面的工序，只需對現(xiàn)有的夾具進(jìn)行適當(dāng)改造就行，大大提高了加工效率，節(jié)省了加工成本，且可以進(jìn)行大批量的生產(chǎn)。

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