軸類(lèi)工件軸頸加工工藝及加工工裝設(shè)計(jì)

王 春

（中國(guó)重汽集團(tuán)大同齒輪有限公司， 山西 大同 037000）

引言

特殊行業(yè)對(duì)機(jī)械部件的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的要求均非常嚴(yán)格。對(duì)于大直徑且尺寸較長(zhǎng)的軸頸類(lèi)工件，由于尺寸的特殊性導(dǎo)致在加工過(guò)程中極其容易變形。而且，對(duì)于某些導(dǎo)熱性較差的原材料，在一般加工工藝中會(huì)導(dǎo)致零件表面發(fā)熱量嚴(yán)重，從而導(dǎo)致加工刀具的磨損[1]。為保證軸頸類(lèi)加工質(zhì)量可滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的需求，本文將著重對(duì)其加工工藝進(jìn)行研究，并對(duì)其工裝進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1 軸頸工件的結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求

文中加工軸頸類(lèi)工件所采用的原材料為鈦合金，其結(jié)構(gòu)尺寸如圖1 所示。

圖1 軸頸工件尺寸（單位：mm）

本次需加工軸頸工件的總長(zhǎng)度為745 mm，大端面的直徑為609 mm，小端面的直徑為130 mm。小端面相對(duì)于圖中基準(zhǔn)面A 和基準(zhǔn)面B 的相對(duì)位置誤差不超過(guò)0.02 mm。根據(jù)該工件的應(yīng)用場(chǎng)所環(huán)境要求需對(duì)其進(jìn)行噴丸強(qiáng)化處理。除此之外，對(duì)加工完成后的零件要求其為Ⅱ類(lèi)鍛造件，需對(duì)工件進(jìn)行超聲波檢查、腐蝕檢查以及熒光檢查等[2]。

2 軸頸工件加工工藝的設(shè)計(jì)

2.1 加工工藝的要求

根據(jù)待加工工件的特征制定加工工藝時(shí)可采取兩種不同的原則，即工序集中原則和工序分散原則。工序集中對(duì)應(yīng)工藝路線(xiàn)相對(duì)集中，加工效率高，而工序分散會(huì)增加工件的加工成本，對(duì)應(yīng)加工效率低。對(duì)于軸頸工件而言，該工件所要求加工精度高，采用工序分散原則對(duì)其進(jìn)行反復(fù)裝夾不僅容易導(dǎo)致工件變形，而且還會(huì)增加每次裝夾時(shí)需反復(fù)對(duì)準(zhǔn)的次數(shù)，從而降低加工效率[3]。因此，采用工序集中原則對(duì)軸頸工件進(jìn)行加工。

2.2 加工工序的設(shè)計(jì)

一種產(chǎn)品的成型除了最基礎(chǔ)的機(jī)械加工外，還包括有熱處理工序、無(wú)損檢測(cè)工序以及其他性能的檢測(cè)工序等。對(duì)于軸頸這類(lèi)容易變形的工件一般對(duì)其中的機(jī)械加工工序需通過(guò)粗加工、半精加工以及精加工三個(gè)階段。

鑒于軸頸工件的特殊性，對(duì)車(chē)加工、銑加工以及車(chē)銑加工相結(jié)合的工藝路線(xiàn)及對(duì)應(yīng)的設(shè)備能力進(jìn)行綜合分析，最終確定軸頸工件加工的工藝路線(xiàn)如下所示：首先，對(duì)原料進(jìn)行選擇，采用車(chē)床分別對(duì)軸頸工件的外型面和內(nèi)型面進(jìn)行加工；第二步同樣采用車(chē)床對(duì)軸頸工件的外型面和內(nèi)型面進(jìn)行粗加工；采用車(chē)床對(duì)軸頸工件的外型面和內(nèi)型面進(jìn)行半精加工；根據(jù)加工要求精確對(duì)加工基準(zhǔn)進(jìn)行定位；采用車(chē)床對(duì)軸頸工件的外型面和內(nèi)型面進(jìn)行精加工；采用銑刀對(duì)軸頸工件的端面進(jìn)行加工；對(duì)工件表面進(jìn)行鉆孔加工；采用銑刀對(duì)軸頸內(nèi)的花鍵進(jìn)行加工。

除了機(jī)械加工工藝流程外，將其他熱處理工序、無(wú)損檢查工序以及其他性能檢查工序根據(jù)檢查要求穿插于機(jī)械加工工藝流程中，從而得到總的加工工序。

2.3 加工設(shè)備的選型

加工設(shè)備的性能在很大程度上決定最終所加工產(chǎn)品的質(zhì)量。對(duì)于軸頸工件車(chē)削操作可供選擇的設(shè)備包括有數(shù)控立式車(chē)床和數(shù)控臥式車(chē)床。但是，由于數(shù)控車(chē)床在實(shí)際加工時(shí)存在前后竄動(dòng)的情況，導(dǎo)致所得產(chǎn)品的同軸度誤差較大[4]。因此，選擇數(shù)控立式車(chē)床完成其對(duì)應(yīng)的車(chē)削加工任務(wù)。所選數(shù)控立式車(chē)床的型號(hào)及參數(shù)如表1 所示。

表1 數(shù)控立式車(chē)床的型號(hào)及參數(shù)

軸頸工件除了車(chē)削加工外，還需進(jìn)行銑削加工、噴丸強(qiáng)化等。其中，針對(duì)銑削加工的主要具體步驟包括有對(duì)軸頸斷面的銑削，對(duì)工件的孔進(jìn)行倒圓操作等。結(jié)合軸頸工件采用工序集中加工的原則，為其配置五軸加工中心，其對(duì)應(yīng)的型號(hào)及參數(shù)如表2 所示。

表2 五軸加工中心型號(hào)及參數(shù)

3 軸頸加工工裝的設(shè)計(jì)

對(duì)應(yīng)工件加工可根據(jù)工裝夾具的不同分為通用夾具、專(zhuān)用夾具以及組合夾具。在實(shí)際加工過(guò)程中所選擇工裝夾具的合理性也對(duì)最終產(chǎn)品的質(zhì)量有顯著的影響。軸頸加工經(jīng)歷了粗加工、半精加工以及精加工。對(duì)于軸頸的粗加工過(guò)程可選擇精度較低的組合夾具，而對(duì)于半精加工和精加工階段為保證最終產(chǎn)品的質(zhì)量，需為其設(shè)計(jì)專(zhuān)用的夾具。

3.1 車(chē)床夾具工裝的設(shè)計(jì)

精加工是保證軸頸零件質(zhì)量的關(guān)鍵工序，本文著重對(duì)其對(duì)應(yīng)的工裝夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)。軸頸工件精加工包括有對(duì)內(nèi)型面和外型面的精加工[5]。針對(duì)軸頸內(nèi)型面精加工為其設(shè)計(jì)如圖2 所示的工裝夾具。針對(duì)軸頸外型面精加工為其設(shè)計(jì)的工裝夾具如圖3所示。

如圖2、圖3 所示，工裝夾具除了與待加工軸頸工件的外型形狀相類(lèi)似外，還需保證夾具工裝能夠?qū)⒋庸ぐ氤善防喂坦潭ㄓ诩庸ぴO(shè)備上。而且，對(duì)半成品固定于數(shù)控立式車(chē)床上主要采用扭矩扳手為主，保證待加工零件能夠平衡、穩(wěn)定地固定于加工設(shè)備上。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)得出：當(dāng)預(yù)緊力為50 N·m 時(shí)，可保證待加工零件穩(wěn)定固定于車(chē)床上，并保證在加工過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)振刀的情況。

3.2 銑床夾具工裝的設(shè)計(jì)

圖2 軸頸內(nèi)型面精車(chē)削加工工裝夾具示意圖

圖3 軸頸外型面精加工工裝夾具示意圖

車(chē)削操作后，銑削操作同樣為關(guān)鍵工序，針對(duì)銑削操作中的銑加工、倒圓以及鉆孔等加工任務(wù)，為其設(shè)計(jì)如圖4 所示的夾具工裝結(jié)構(gòu)。

圖4 銑削加工對(duì)應(yīng)的夾具工裝結(jié)構(gòu)

4 結(jié)語(yǔ)

軸頸類(lèi)工件在實(shí)際加工過(guò)程中由于其結(jié)構(gòu)的特殊性容易發(fā)生變形，或在車(chē)削、銑削等加工任務(wù)中產(chǎn)生大量的熱從而導(dǎo)致夾具刀具的磨損。為此，需根據(jù)待加工零件的結(jié)構(gòu)、技術(shù)等要求設(shè)計(jì)最佳加工工序。針對(duì)軸頸類(lèi)工件加工，基于工序集中原則采用數(shù)控立式車(chē)床和五軸加工中心完成其基礎(chǔ)粗加工、半精加工以及精加工三個(gè)階段的加工任務(wù)，并根據(jù)質(zhì)量要求為其穿插檢查工藝。此外，還為軸頸類(lèi)工件車(chē)削和銑削操作的半精加工和精加工設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具，保證在對(duì)最終產(chǎn)品加工時(shí)不會(huì)出現(xiàn)振刀現(xiàn)象。