一種車床上加工筒體部件的新型工裝

趙 棟，張彩玲，陸詩彧

（蘭州蘭石重工有限公司，甘肅 蘭州730050）

目前，機電產品發(fā)展趨勢為功能更加多樣和齊全，隨之而來是零部件的精度越來越高，結構越來越復雜且體積越來越小，工程技術人員在不斷研究和改進這些高精度復雜微小零件的加工工藝，傳統(tǒng)的分序加工工藝已經不能滿足零部件的精度要求，如采用分序加工，不僅重復定位誤差大，占用人員和設備多，而且很難實現(xiàn)二次裝夾。精密筒體部件是機械生產企業(yè)經常遇到的器件，尤其互相垂直方向上內孔、外圓的筒體加工難度較大，是該種零件加工的重點和難點[1]。將其在普通車床上加工，由于工件的尺寸精度、形位公差精度要求高，只能依靠專用工裝完成工件的加工。本實用論述的方法提供一種安裝在車床上加工互相垂直方向內孔、外圓的工裝裝置，可以較為方便的制造出高精度的筒體部件，解決在普通車床上加工結構復雜的筒體的問題，對提高生產率尤其是批量加工中具有十分重要的意義。

1 零件工藝性分析

我公司某型號產品中，有一種筒體零件，其三維模型圖如圖1所示零件，材料為20CrMnTi，是產品的核心零件，即在產品中起支撐作用，又對其余部件起著重要的連接和導向作用，因此對整個型號來說是關鍵部件。在圖2零件結構示意圖中技術要求中，筒身水平方向內孔精度要求較高[2]，其內孔表面粗糙度為Ra0.8，左端內孔和環(huán)槽對右端基準A內孔跳動為0.015 mm,圖2中豎直方向內外表面間同軸度以及端面與水平孔軸線A的垂直度為0.02 mm，并且加工過程中零件不得變形，零件的熱處理要求硬度26～28HRC.筒身十字交叉內外圓在普通車床上只能用專用工裝裝夾來加工，還要防止加工過程中的裝夾變形，筒身剛度不足，多種變形因素使該筒體零件內孔尺寸精度及其與外圓的形狀公差、壁厚差等加工精度難以保證。裝夾和加工時應合理選擇裝夾方式和夾緊機構，保證裝夾可靠且不超出允許范圍的變形。

圖1 加工零件三維模型圖

圖2 加工零件結構示意圖

圖2中筒身具有三組加工表面，它們之間有一定的位置要求，具體如下：（1）以φ20的外圓為中心加工表面；（2）兩處垂直內外圓表面；（3）以 φ27的外圓為中心加工表面。它們之間的位置精度要求是：（1）φ20和φ27外圓加工控制兩外圓同軸度 0.01 mm；（2）兩端面加工控制平行度0.03 mm.在普通車床上加工互有相互位置要求且軸線互相垂直的兩孔，常規(guī)方法無法裝夾加工。分析過零件的結構特點和技術要求后，考慮設計產品的專用工裝胎具，安排在普通車床上進行內孔和外圓的加工，先半精車左端內孔外圓、掉面半精車右端內孔外圓，內孔公差控制在0.03 mm，外圓留磨量0.4～0.5 mm；外圓磨磨外圓，控制兩端面平行度0.03 mm，以這兩個外圓為定位基準然后借助于定心精度較高的專用夾具對其垂直方向上內孔和外圓表面進行加工，保證它們的尺寸精度和位置精度。擬定的工藝總體思路是：鍛造毛坯→熱處理→銑削→鉗工→外圓磨削→車削（專用工裝裝夾）→（其它加工工序）→成活入庫。

2 工裝設計和加工

工裝夾具的設計在機械加工工藝中具有很重要的作用[3]。利用好的胎具可以保證加工質量，特別是保證被加工件工件的加工面與定位面之間的位置精度，提高生產率同時擴大機床的工藝范圍，減輕加工難度和勞動強度，保證生產正常進行。為保證加工質量及零件的技術要求，需要設計專門的夾具。夾具的設計應滿足以下特點：滿足零件的加工精度要求、工藝性好、保證操作方便，提高生產效率[4]。由于該筒身零件結構較為特殊，根據(jù)胎具設計原則及零件毛坯形狀，在臥式普通車床CW6140上加工，設計出了如圖3所示的理想的工裝夾具，設計的夾具在加工工件時能保證加工要求且其安裝和拆卸要方便。用圖2外圓定位裝夾車成，裝夾時內孔和端面要同時校正，以內孔和外圓互為基準，反復加工，釋放機加應力[5]。

圖4是工裝三維模型圖，圖5是工裝實物圖。

圖3中工裝的組成及加工技術方案如下：安裝在車床上加工互相垂直方向內孔、外圓及端面的裝置：底座、軸承座、立塊1、立塊2組焊成一體，在底座加工安裝定位軸3和定位軸4的定位孔；數(shù)控車加工底座上外圓和端面（用于車床加工時裝夾工件），兩軸承座孔在標鏜上一次裝夾加工成控制兩孔同軸度0.01 mm.在兩件軸承座孔內安裝淬火件定位套，定位套孔內安裝定位軸1、定位軸2，并用M8螺釘固定在軸承座孔內；加工時工件兩端外圓安裝在工裝的定位軸1、定位軸2孔臺內，擰緊螺釘固定；立塊1和立塊2高度端面與工件軸線共線，便于測量加工部位端面。其特征在于：所述底座上面加工有定位裝置、夾緊裝置，并有滿足各零部件安裝位置要求的定位軸和螺孔。上述操作可使工件實現(xiàn)準確的定心，保證了切削余量在個方向上的平均分配，滿足外圓加工精度和表面粗糙度要求的同時提高了加工效率[6]。

圖3 工裝結構示意圖

圖4 工裝三維模型圖

圖5 工裝實物圖

3 工裝使用方法

筒身加工中用普通車床結合新型夾具，從工藝上保證相關垂直度要求，具有適用范圍廣，可大幅度降低操作時間，提升普通車床的利用效率。根據(jù)夾具設計及產品的最終形狀尺寸要求，具體裝夾及測量方法參見圖2和圖3所示，其工作原理及使用步驟簡述如下：

步驟一：普通車床的三爪卡盤用于裝夾圖3中工裝底座外圓，先去掉圖3中定位軸3，用立塊1兩側M10螺釘5頂緊圖2中工件毛坯外圓（125），加工圖 2 中（422）、（423）、（424）、（421）內孔、外圓和端面。夾具裝夾時內孔和端面都要同時校正，端面尺寸測量借助立塊1高度尺寸進行測量。

步驟二：將工件旋轉180°，加工與基準面相垂直面上的孔。將圖3中定位軸3墊彈墊16，用M16螺母固定在底座孔內，將步驟一加工好的圖2中（423）內孔用圖3中定位軸3定位，加工圖2中（122）、（123）、（124）、（125）、（121）內孔、外圓和端面，端面尺寸測量借助立塊1高度尺寸進行測量。

步驟三：上述步驟加工完成后，圖3中工裝整體偏移 52.42 mm，加工圖 2中（221）、（222）的端面和外圓，端面尺寸測量借助立塊2高度尺寸進行測量。

步驟四：工件旋轉180°，將圖3中定位軸4墊彈墊16，用M16螺母固定在底座孔內，將步驟三加工好的圖2中（221）外圓用圖3中定位軸4孔臺定位，加工圖 2 中（321）、（322）端面和外圓，端面尺寸測量借助立塊2高度尺寸進行測量。

經過不斷地探索和試驗，本文所述的工裝設計及裝夾方法在普通車床上得到了成功的應用。由于本方法采用上述技術方案，使用該夾具對軸類零件進行定位裝夾時，鉆孔精度主要取決于夾具的精度，減少了人為操作的因素，使所鉆孔相對于已有孔的位置及軸線相互垂直能易于得到保證，且裝夾簡單，易于操作，一次裝夾完成表面及端面的加工。筒體先加工孔，然后以孔為精基準加工外圓。本文所設計夾具結構簡單，制造和安裝誤差較小，可以保證好的位置精度。在加工過程中按照加工余量與變形量適時進行去應力熱處理，選用正確的退火和時效處理工藝參數(shù)。加工出的工件符合技術要求，工件的定位和裝夾比較方便，安全可靠。這種加工方法的應用十分簡單和方便，其加工精度得到保證的同時有效地提高了加工效率，使大批量加工生產易于實現(xiàn)。

4 結語

（1）本文所述的套筒類零件防變形加工技術通過加工工藝基準，基準反復轉換、利用多件定位軸定位加工圖紙尺寸，本實用新型工裝結構解決了空間尺寸無法測量問題。

（2）該工藝方法及工裝夾具可以有效解決在普通車床上無法裝夾和加工互相垂直方向上內孔、外圓和端面問題，提高了加工效率和成品合格率，大大降低了工件裝夾和加工的工作強度，對類似筒體零件的加工提供了一種新的思路和方法，具有一定的參考價值。

（3）本文所述的方法及工裝已經成功應用與某軍品的成批生產中，目前技術成熟，加工質量穩(wěn)定，為筒身類零件的加工創(chuàng)造了成功的案例，可適用于機械行業(yè)類似零件的加工。