偏心零件的加工工藝及夾具設計

姚勝南，劉小娟

(中山職業技術學院a.電子信息工程學院;b.機電工程系，廣東 中山 528400)

0 引言

機械傳動中，由回轉運動變為往復運動，往往是由偏心軸和曲軸來完成的，機械的縮緊也往往由偏心輪來完成，可見偏心零件在機械制造中運用的非常廣泛。這類零件在機械加工中比較常見，屬于軸類零件中比較難加工的，主要的問題是比較難于制定較好的夾緊定位方案。傳統的加工方法是三爪車削法、四爪車削法和花盤車削法等。這些加工方法的工件裝夾麻煩，不易找正，容易產生誤差，很難保證零件偏心距的精度及同軸度，同時還要求操作者有較強的操作技能，不適合批量生產的特點。對于批量加工偏心零件，一般均會采用專用夾具來進行加工，通過實際考察及文獻資料檢索可以看到，大多數的偏心零件的定位會采用零件本身的圓柱面、圓孔面等表面與夾具的內孔或圓柱面配合，再用緊固螺釘使工件固定在夾具的配合表面上來完成，但二者的配合間隙會帶來二者的中心線的不一致，也造成了偏心距的精度的變化，另外，裝夾固定螺釘也加大了裝夾輔助事件。本文為滿足某食品機械廠一種偏心零件的加工需求，開發制作了一種彈性定位夾具進行裝夾，大大縮短了裝夾輔助時間，保證了加工精度，提高了生產效率。

1 偏心零件的結構與工藝分析

偏心零件結構要求如圖1 所示。該零件材料是鑄鐵件，內孔基準φ22 及偏心部分φ47 加工要求較高，有尺寸精度及形位精度的要求。其中，偏心部分φ47的孔對于φ22 的孔的平行度誤差為0.07mm，孔心距偏差為士0.05mm。同時偏心部分的左右兩端孔φ47、φ40 兩個孔的孔徑偏差也要求很嚴，都是-0.018～+0.017;兩孔的同軸度誤差為φ0.05mm，φ40 內孔表面的表面粗糙度還要求為Ra3.2。通過分析可知此零件加工難度較大，要保證其加工精度，那么首先要很好的解決零件的裝夾及測量問題。

目前，針對此類零件常規的加工方法如圖2 所示。其加工思路為:先用三爪卡盤裝夾加工出φ160、φ42外圓φ22 內孔及右端面，再用四爪卡盤裝夾，通過劃線校正后再加工其他部位。可見，此裝夾的校正非常困難，校正稍有一點誤差，直接影響工件孔心距的精度。

圖1 偏心零件圖

圖2 傳統裝夾圖

偏心零件的加工還有就是利用夾具將工件偏心部分的中心轉換到車床主軸中心，從而達到車削偏心零件的目的。由于偏心距尺寸要求較高，夾具的設計、加工必須合理，圖3 為車偏心套筒的專用夾具。夾具的裝夾方法如圖所示，左端裝在三爪自定心或四爪卡盤上，打表找正夾具內孔，保證加工精度，然后將外圓車好的偏心零件裝夾在夾具左端，并用3 個緊固螺釘固定。但是，這類偏心夾具由于存在工件與夾具之間存在間隙，在緊固螺釘固定時必然帶來二次偏心程度的不一致以及偏心套筒安裝方向的誤差而帶來的加工誤差。

圖3 偏心車削夾具加工圖

2 彈性定位夾具的設計

彈性定位夾具的實物如圖4 所示。此夾具的主要組成有定位盤、支撐盤、彈性薄壁定位套、錐體、壓塊等。

定位盤的結構如圖5 所示。定位盤上φ47 孔安裝彈性薄壁定位套，與定位軸起控制工件偏心距的作用。定位軸φ22 的精度及偏心距45 的精度非常重要，直接影響加工時工件的精度，制作時可用“加工中心”來完成，以確保其尺寸及形位公差。

圖4 彈性定位夾具實物圖

圖5 定位盤零件圖

支撐盤如圖6 所示。支撐盤φ206 孔與定位盤φ206 外圓配合，支撐盤左端三個螺紋孔與定位盤端面三個通孔對齊，以便螺桿穿入安裝在普通車床C6140卡盤的法蘭盤上。定位盤與支撐盤配合后起到定位與支撐工件的作用。

圖6 支承盤零件圖

彈性薄壁定位套及錐體零件圖如圖7、圖8 所示。它是一個開口薄壁套，材料是40Cr，經過調質處理硬度達到HRC45～48，在夾具中起到彈性定位作用。其零件圖如圖6 所示，M8 螺紋與錐體上M8 內六角螺釘配合。當錐體內螺釘擰緊時，φ47 彈性薄壁擴張與工件φ47 內孔完全接觸，起到很好定位作用。當錐體內螺釘擰出時，頂著限位套使錐體離開與彈性薄壁的配合，彈性薄壁彈回原來尺寸，加工完成后便于拆下工件。

圖7 彈性定位薄壁零件圖

圖8 錐體零件圖

壓塊零件圖如圖9 所示。兩壓塊起調節夾緊力的作用，采用兩枚M12 螺桿安裝在支撐盤右端面的兩螺孔內，擰緊螺母壓塊壓緊工件。使得工件φ160 端面與支撐盤右端面平齊，確保加工完成后工件端面的形位精度。

圖9 壓塊零件圖

3 零件的加工工藝

結合零件圖紙分析及夾具設計，制定偏心零件的加工過程如下。

(1)先用自做焊接加長反爪的三卡盤，夾毛胚外圓φ150 處，車出φ160 外圓及右端面。鉆φ22 內孔，留余量0.5～1mm，精車至尺寸。

(3)采用七毫米臺階反爪靠平夾緊φ160 外圓把φ150 外圓車至尺寸及φ160 左端面至尺寸。

(4)拆下三爪卡盤，裝上彈性定位夾具，將工件已加工好的φ22 內孔套入定位軸內，工件φ160 的右端面與支撐盤右端面靠齊，找正工件毛胚φ60 外圓中心在主軸的旋轉中心后，兩壓塊壓緊工件φ150 左端面，加工出φ60 外圓、端面、φ36 孔、φ47 孔至尺寸。

(5)松開壓塊，拆下工件，進行反面加工，將已加工好φ22 內孔套入定位軸及加工好φ47 孔套入彈性定位薄壁，工件φ160 左端面靠齊支撐盤端面后，擰緊錐體螺釘，使彈性薄壁擴張與工件φ47 孔緊接觸后，兩壓塊壓在φ160 右端面，鎖緊螺母使壓塊壓緊工件，加工φ40 內孔至尺寸，松開壓塊螺母及錐體螺釘使彈性薄壁彈回原來尺寸，取下工件，工件加工完成。經測量各部位尺寸及光潔度達到圖紙要求。

4 結束語

該零件是某食品機械廠的來料加工，采用常規裝夾加工時，平均一天只加工20 件左右，而且還不能全部保證形位公差達到圖紙要求。采用彈性定位夾具加工時平均一天可加工50 件，并且形位公差100%達到圖紙要求。實踐證明:該夾具使用方便、效率高、安全可靠，同時也降低了對操作人員技能等級的要求，具有良好的加工工藝性和經濟性。

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