高精度表面車削加工與夾具設(shè)計(jì)

傅凱

摘 要：文章針對(duì)加工表面高精度、批量大且外圓表面無(wú)法裝夾的鋼類零件，試研出一套合理高效的加工工藝，對(duì)裝夾進(jìn)行一些特殊手段處理，設(shè)計(jì)出一組夾具，保證了零件在加工中達(dá)到圖紙要求。針對(duì)批量大的特點(diǎn)，在夾具的設(shè)計(jì)中，考慮了裝夾方便，夾具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單有效，從而保證了高效率精確加工。

關(guān)鍵詞：高精度表面零件；簡(jiǎn)化加工；夾具設(shè)計(jì)；批量生產(chǎn)

現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，一些表面精度要求極高的零件，在批量生產(chǎn)加工中會(huì)遇到很多難點(diǎn)。如：裝夾問(wèn)題、表面粗糙度問(wèn)題、方便批量生產(chǎn)問(wèn)題、合格率問(wèn)題等。作者以外貿(mào)產(chǎn)品“重力輪”為例，對(duì)以上遇到的加工難點(diǎn)，通過(guò)一套合理高效的加工工藝來(lái)解決問(wèn)題。

1 工藝安排（圖紙分析）

裝夾任意一邊，車削出端面，外圓留0.5cm余量，鉆孔，先車削內(nèi)孔倒角（為防止先車削內(nèi)孔，后倒角，從而產(chǎn)生毛刺，導(dǎo)致內(nèi)孔誤差）。卸下零件，掉頭裝夾，車削出端面，外圓圓弧和部分留有余量外圓（倆邊外圓相接），車削內(nèi)孔。以加工的內(nèi)孔作為定位基準(zhǔn)，車削外圓。

2 裝夾工藝分析

2.1 零件總體裝夾分析

如圖1，毛坯總長(zhǎng)21cm，考慮車削過(guò)程中，刀具和卡爪安全距離，車削不可過(guò)多。為保證零件的裝夾安全，裝夾也不可以過(guò)少，所以選擇裝夾7cm較為合理。因?yàn)榱慵傞L(zhǎng)為18cm，為使倆邊外圓能接上，車削出零件長(zhǎng)度10cm的外圓，用于掉頭反面加工裝夾時(shí)，可以程序多用，不用修改。外圓倆邊的相接，不會(huì)因?yàn)檐囅鬟^(guò)后，還留有中間那一塊毛坯，使外圓加工更加麻煩。

2.2 裝夾零件時(shí)導(dǎo)致的平行度問(wèn)題分析

一個(gè)只有21cm總長(zhǎng)的毛坯，只能裝夾7cm長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行端面外圓車削。如何保證能使剩下的長(zhǎng)度裝夾的好、穩(wěn)、快，并能保證掉頭之后的平行度是個(gè)難點(diǎn)。需要大批量生產(chǎn)時(shí)，裝夾不好、不快，將會(huì)浪費(fèi)大量時(shí)間。如果裝夾的不好，掉頭將很麻煩而無(wú)法保證平行度，導(dǎo)致生產(chǎn)出廢品。

2.3 解決裝夾和平行度問(wèn)題

平行度指兩平面或者兩直線平行的程度，指一平面（邊）相對(duì)于另一平面（邊）平行的誤差最大允許值。平行度評(píng)價(jià)直線之間、平面之間或直線與平面之間的平行狀態(tài)。其中一個(gè)直線或平面是評(píng)價(jià)基準(zhǔn)，而直線可以是被測(cè)樣品的直線部分或直線運(yùn)動(dòng)軌跡，平面可以是被測(cè)樣品的平面部分或運(yùn)動(dòng)軌跡形成的平面。

首先找一平面基準(zhǔn)：什么位置最適合做基準(zhǔn)呢？機(jī)床。而機(jī)床的平面也有倆個(gè)基準(zhǔn)：水平的直線度和垂直面的直線度。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)出了一個(gè)夾具：“靠山”。如圖2為機(jī)床卡盤位置部分圖形：

如圖4，將拉桿貫穿主軸和后備箱的套筒，后面裝上鍋蓋，主軸前面裝夾上靠山，進(jìn)行左右固定，這樣可以保證靠山與主軸回轉(zhuǎn)軸垂直度。運(yùn)用了垂直面的直線度。

并用于圖中的“螺母”，進(jìn)行加固，使靠山更加穩(wěn)固，不會(huì)在加工中突然松動(dòng)。此時(shí)的靠山左部位，已和主軸回轉(zhuǎn)軸垂直，已經(jīng)固定，但為了確?？可阶笥也糠制叫卸?，還需要在靠山右部分端面車削上一刀，使右部分也與左部分平行。

靠山長(zhǎng)度也很重要?？ㄗタ傞L(zhǎng)50cm，裝夾的靠山，7cm用于夾零件，除去裝夾的卡盤孔配合表面，需要留有43cm長(zhǎng)度，這樣可以方便大批量生產(chǎn)的零件。因?yàn)榕可a(chǎn)，合理的方式就是全部，或大量做完一邊，再做另一邊，有了靠山，也不需要對(duì)第二次刀，因?yàn)樗呀?jīng)將需要裝夾的長(zhǎng)度固定了，這又使加工過(guò)程中更加輕松！

為保證毛坯能夠貼緊靠山，將零件裝夾好，手將零件夾緊，并在毛坯中間力度適中的敲打幾下。最后加力桿夾緊。這樣車削出來(lái)的外圓，與靠山平行，反面加工也與靠山平行，不但解決了裝夾的問(wèn)題，使裝夾變的輕松，完美的解決了上述平行度的問(wèn)題。

3 外圓要求光滑，外圓與內(nèi)孔的圓跳動(dòng)難點(diǎn)的解決

圓跳動(dòng)是指被測(cè)要素繞基準(zhǔn)軸線回轉(zhuǎn)一周是，由位置固定的指示器在給定方向上測(cè)得的最大與最小讀數(shù)之差。圓跳動(dòng)公差是指被測(cè)要素在某一固定參考點(diǎn)繞基準(zhǔn)軸線旋轉(zhuǎn)一周（零件和測(cè)量?jī)x器件無(wú)軸向位移）時(shí)，指示器值所允許的最大變動(dòng)量。圓跳動(dòng)公差適用于被測(cè)要素任一不用測(cè)量位置。用符號(hào)“？坭”表示。

3.1 零件外圓，圓跳動(dòng)問(wèn)題

因?yàn)榱慵鈭A要求光滑，不得有碰傷、刮痕、破口等缺陷！自然不能有夾痕，而且倆邊相接的外圓，也是無(wú)法讓其光滑，而且外圓與內(nèi)孔圓跳動(dòng)要求很高，導(dǎo)致產(chǎn)品不合格。

3.2 解決零件外圓，圓跳動(dòng)問(wèn)題

不能裝夾零件外圓表面，所以設(shè)計(jì)了雙夾具。

如圖5為夾具（1），單位cm：

將夾具（1）裝夾與三爪卡盤上，心軸螺紋與與夾具（1）螺紋裝配固定好，車削心軸外圓尺寸直徑15cm，這樣保證心軸與主軸回轉(zhuǎn)軸的同軸度。同時(shí)車削夾具（1）臺(tái)階面（右面直徑40cm，車削深進(jìn)0.3左右cm），為防止心軸造成零件無(wú)法與臺(tái)階面完全接觸。

圖6為夾具（2），單位cm：

在將夾具（2）的右部分套在頂尖之上，然后移動(dòng)頂尖使夾具體（2），靠上零件，操作尾座進(jìn)行零件與夾具體（2）的完全接觸，并進(jìn)行固定。此時(shí)的夾具（2），左部分直徑60部位也需回收0.3cm。

3.3 注意點(diǎn)

（1）夾具和零件的接觸面也不是也多越好，適當(dāng)最好。所以回收0.3cm。（2）夾具和零件接觸面的部位，禁止倒角，倒角會(huì)一樣會(huì)產(chǎn)生毛刺，從而刮傷零件表面。應(yīng)用圓弧。（3）心軸直徑15cm尺寸，這個(gè)尺寸不能過(guò)于太小，不然會(huì)使零件圓跳動(dòng)過(guò)大，也不能過(guò)大，不然會(huì)使有些批量生產(chǎn)零件無(wú)法放入。（4）夾具（1）與心軸螺紋位置，一定要確?；剀?cm。因?yàn)槟且彩且粋€(gè)表面，不但會(huì)影響車削外圓，更會(huì)影響零件同軸度。（5）進(jìn)行最后的車削外圓，此時(shí)的尾部有頂尖以不能回過(guò)多的機(jī)床+Z坐標(biāo)。

3.4 左右?jiàn)A具和車削零件（如圖7）

4 關(guān)于粗糙度的解決

在車床加工過(guò)程中，由于切屑反離時(shí)的塑性變形、工藝系統(tǒng)的振動(dòng)、刀具與已加工表面間的摩擦等因素的影響，使加工后的工件表面總會(huì)存在許多高低不平的微小峰谷。這些零件被加工表面上的微觀幾何形狀誤差稱為表面粗糙度。它影響到產(chǎn)品的工作可靠性和使用壽命。

4.1 影響的粗糙度因素

隨著現(xiàn)社會(huì)的進(jìn)步，刀具“機(jī)夾刀”的誕生，它在批量生產(chǎn)上，占據(jù)優(yōu)勢(shì)。要提高粗糙度，轉(zhuǎn)速影響很大，轉(zhuǎn)速的提高，會(huì)產(chǎn)生高溫，“機(jī)夾刀”它耐高溫。

面對(duì)高粗糙度要求的批量生產(chǎn)，背吃刀量和進(jìn)給量對(duì)刀具硬度要求更高，更耐磨，減少換刀次數(shù)，“機(jī)夾刀”它夠硬，夠耐磨。

4.2 影響粗糙度的原因和解決方法

（1）機(jī)床轉(zhuǎn)速：切削轉(zhuǎn)速是影響刀具的重要參數(shù)之一。不同的直徑，需要的轉(zhuǎn)速都不一樣，造成的零件粗糙度也不一樣。轉(zhuǎn)速合適與否，我們可以從已加工排出的鐵屑顏色中看出：紫色：轉(zhuǎn)速和溫度過(guò)高，刀具已經(jīng)無(wú)法承受，影響壽命。黃色：轉(zhuǎn)速和溫度最好，刀具很適合這種狀態(tài)下車削零件。白色：轉(zhuǎn)速太低，零件表面會(huì)產(chǎn)生明顯刀紋，影響零件粗糙度。（2）背吃刀量：一般指工件上已加工表面間和待加工表面的垂直距離。背吃刀量取值很重要，過(guò)大不但會(huì)產(chǎn)生高溫影響刀具壽命，還會(huì)影響零件粗糙度。過(guò)小會(huì)浪費(fèi)很多加工時(shí)間，同樣會(huì)使粗糙度達(dá)不到要求。這也是加工中分粗加工和精加工的原因。（3）進(jìn)給量：是指刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)工件的位移量。進(jìn)給量過(guò)大，也會(huì)給零件表面產(chǎn)生明顯刀紋，影響粗糙度。進(jìn)給量過(guò)小，會(huì)使已車削的鐵屑無(wú)法斷卻，纏繞在一起，使之刮傷零件，破壞零件表面。我們?cè)诩庸ぶ幸欢ㄒ獙ふ液线m的進(jìn)給量，避免造成零件不合格。

5 結(jié)束語(yǔ)

在日常數(shù)控加工生產(chǎn)中，我們總會(huì)碰到一些難點(diǎn)，要通過(guò)不斷學(xué)習(xí)、實(shí)踐，來(lái)解決這些難點(diǎn)，批量生產(chǎn)的工藝要點(diǎn)是高效率、高精度、裝夾方便、合格率高，而如何掌握這些要點(diǎn)是我們技術(shù)員永恒的主題。

參考文獻(xiàn)

[1]牛寶林.機(jī)械制造基礎(chǔ)[M].華中科技大學(xué)出版社，2008.

[2]余英良.數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)[M].高等教育出版社，2009.

[3]王洪.數(shù)控加工程序編制[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2013.