高精度筒類零件的加工及測(cè)量方法

張金生 茍羅成 廖世超 譚萬(wàn)斌

(二重(德陽(yáng))重型裝備有限公司，四川618013)

大型筒類零件(如水電軸)圖紙要求外圓及止口全跳動(dòng)0.02 mm，見(jiàn)圖1，要求兩總長(zhǎng)端面全跳動(dòng)0.02 mm，要求兩端止口尺寸公差等級(jí)為H6，必須一次裝夾完成加工才能保證設(shè)計(jì)要求。由于其長(zhǎng)徑比大，尺寸公差小，形位公差嚴(yán)，選用立式車床根本無(wú)法達(dá)到圖紙要求。在臥式車床上采用一夾一架的裝夾方式，雖然能夠加工床尾一端的止口及外圓，但不能加工床頭一端的止口及端面，在工件調(diào)頭裝夾后，根本無(wú)法保證止口全跳動(dòng)0.02 mm的要求。在工件空心的情況下，要保證一次裝夾完成兩端止口及外圓的加工，只有在工件芯部安裝芯軸，讓兩端止口、端面及外圓同時(shí)處于可加工狀態(tài)。

圖1 大型筒類零件示意圖Figure 1 Sketch of heavy cylinder part

在筒類零件的芯部安裝芯軸后，給止口的測(cè)量帶來(lái)難題，特別是止口尺寸公差等級(jí)為H6，必須精確測(cè)量止口尺寸。如果能夠在芯部有芯軸的情況下完成兩端止口尺寸的測(cè)量，將明顯提高加工效率。

1 芯軸結(jié)構(gòu)

根據(jù)筒類零件內(nèi)孔直徑及支撐爪的尺寸，選用合適直徑的芯軸，為了減小芯軸撓度，在芯軸中心加工適當(dāng)直徑的通孔，同時(shí)起到一定的減重作用；在芯軸兩端設(shè)計(jì)有頂尖孔，可實(shí)現(xiàn)兩頂裝夾工件，或一夾一架裝夾工件。在芯軸上均布安裝8組可調(diào)支撐，通過(guò)螺桿及螺母實(shí)現(xiàn)徑向可調(diào)。安裝芯軸進(jìn)孔前，初步調(diào)整支撐爪的位置，單邊預(yù)留10 mm間隙；安裝芯軸進(jìn)孔后，通過(guò)調(diào)整螺桿，使芯軸與內(nèi)腔同軸，同軸度小于0.5 mm；然后用螺母固定螺桿的位置。

1—螺桿 2—螺母 3—中間銅墊 4—側(cè)面銅墊 5—定距套 6—螺釘 7—螺釘 8—球面墊圈 9—螺釘 10—芯軸圖2 芯軸結(jié)構(gòu)圖Figure 2 Structure diagram of mandrel

螺桿連接支撐板，為了保證支撐板在內(nèi)腔中的穩(wěn)定性，在支撐板上設(shè)計(jì)了兩處開(kāi)口槽，以保證其在安裝好以后產(chǎn)生微量變形，達(dá)到牢固支撐的目的。支撐板上安裝有一塊中間銅墊和兩塊側(cè)面銅墊，銅墊頂部圓弧R與內(nèi)孔R(shí)一致，保證其支撐時(shí)的接觸面積足夠大。

如圖2所示，安裝并調(diào)整好芯軸后，可實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成兩端止口、兩總長(zhǎng)端面及外圓的加工，有效地保證了同軸度及跳動(dòng)等位置公差。

2 止口的測(cè)量方法

通常情況下，選用臥式車床在一夾一架或雙托的裝夾方式下，加工止口，在這種情況下，機(jī)床尾座能夠完全脫離工件，刀具具有足夠的空間來(lái)完成止口的加工，在加工完成后選用內(nèi)徑千分尺完成止口直徑的測(cè)量。選用上述裝配芯軸的方法加工筒類零件，雖然有效地保證了形位公差，但給止口的精確測(cè)量帶來(lái)了難題，而且，在內(nèi)孔直徑或芯軸直徑有變化的情況下，測(cè)量空間也不盡一致。此種情況下，需要一種通用的、準(zhǔn)確的測(cè)量手段來(lái)實(shí)現(xiàn)兩端止口的測(cè)量。

通過(guò)對(duì)外徑千分尺的改進(jìn)，完全可以避免芯軸對(duì)測(cè)量的干涉。外徑千分尺是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)桿校對(duì)的，再用尺弓對(duì)外圓直徑進(jìn)行測(cè)量。如果用尺弓來(lái)測(cè)量止口尺寸，就可以利用尺弓上的圓弧空間避開(kāi)芯軸的干涉。千分尺的兩個(gè)測(cè)量頭處于正對(duì)位置，若要測(cè)量止口尺寸，必須保證千分尺的兩測(cè)量頭指向止口表面。

1—內(nèi)徑千分尺尺頭 2—連接桿 3—螺母 4—螺母 5—螺桿 6—表座 7—百分表圖3 改進(jìn)后的外徑千分尺Figure 3 Improved outside micrometer

將外徑千分尺原有的兩端測(cè)量頭拆下，安裝上部件后，可用尺弓測(cè)量止口尺寸，如圖3所示。螺母將連接桿固定在尺弓的一端，內(nèi)徑千分尺尺頭通過(guò)螺紋與連接桿連接，可通過(guò)調(diào)整或組合內(nèi)徑千分尺來(lái)調(diào)節(jié)測(cè)量范圍和控制百分表的壓表量。螺母將螺桿固定在尺弓的另一端，表座通過(guò)螺紋與螺桿連接，表座內(nèi)安裝百分表，通過(guò)壓板、螺釘?shù)葘俜直砉潭ㄔ诒碜鶅?nèi)。

根據(jù)止口直徑的不同，測(cè)量長(zhǎng)度可根據(jù)不同型號(hào)的外徑千分尺尺弓和內(nèi)徑千分尺組合出不同的尺寸，以保證百分表表頭至另一測(cè)量頭的距離滿足止口直徑的測(cè)量。

測(cè)量方法與內(nèi)徑千分尺的測(cè)量方法類似，測(cè)量步驟如下：

(1)根據(jù)止口直徑及芯軸直徑選擇合適的外徑千分尺尺弓及內(nèi)徑千分尺。

(2)固定測(cè)量頭及百分表，并預(yù)留一定的壓表量。

(3)用另一外徑千分尺進(jìn)行校對(duì)。

(4)進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量。

3 加工精度及測(cè)量誤差分析

使用安裝芯軸的方法加工大型筒類零件，同軸度及全跳動(dòng)完全滿足圖紙要求，安裝芯軸后一定要保證芯軸上的支撐爪與內(nèi)孔有足夠大的接觸面，否則，在加工過(guò)程中支撐爪與內(nèi)孔間有相對(duì)位移，加工精度將降低。

測(cè)量止口時(shí)，由于尺弓上固定有百分表，可以簡(jiǎn)單直觀地讀取數(shù)據(jù)。在加工后用內(nèi)徑千分尺對(duì)止口直徑進(jìn)行再次測(cè)量，兩次測(cè)量誤差小于0.01 mm，完全能夠滿足臥式車床在加工過(guò)程中對(duì)止口直徑的控制。

4 結(jié)論

通過(guò)設(shè)計(jì)可調(diào)的芯軸，解決了大型筒類零件的加工困難的問(wèn)題，確保了尺寸精度及形位公差。通過(guò)對(duì)止口測(cè)量方法的改進(jìn)，簡(jiǎn)化了止口加工步驟，縮短了輔助時(shí)間，提高了加工效率。雖然需要設(shè)計(jì)制作相關(guān)部件，但相關(guān)部件的設(shè)計(jì)和加工極為簡(jiǎn)單，而且具有良好的通用性。