一種機床活動塊兩孔平行度加工工藝探析

劉旸，劉云豫

(河南工業職業技術學院，河南南陽473000)

近二十余年來，光電技術的發展與進步迅猛，致使光電產品的加工設備研發也快速發展起來。光電產品的質量、精度要求越來越高，加工光電產品的裝備質量也必須要得到進一步的提升，這就必然涉及到此類加工裝備關鍵重要件的加工和裝配精度的問題。其中，光學加工機床的關鍵零部件——滑架部件中活動塊的加工就涉及到此類加工精度問題。

在光學行業所用的加工機床中，滑架部件滑動的靈活性、穩定性和精度是該類機床的一個重要技術指標。要保證滑架部件滑動中的這一技術指標，關鍵的一點就是要保證活動塊中安裝軸承兩孔的形位公差——平行度。其他諸如活動塊的孔間距、局部尺寸公差等，都可通過常規的技術手段，一般技術水平的操作人員即可做到，且不影響裝配的質量和精度，在此不做贅述。

現就活動塊的加工過程中，如何保證活動塊的兩孔平行度的問題進行分析和探討。

在保證活動塊兩孔平行度的前提下，可進行批量生產，同時還能提高效率、減小廢品率、降低加工成本，是要面臨解決的關鍵問題。

下面就此類加工問題展開，對現有的幾種加工方法進行對比，以期得到更優秀經濟的加工手段和加工工藝。

1 在臥式鏜床上加工保證活動塊的兩孔平行度

首先，在車床、銑床或其他機械加工機床上，對活動塊(圖1)進行加工，到圖紙規定的尺寸。

然后，活動塊的兩孔加工工序安排在臥式鏜床上進行加工。按常規的加工手段和辦法，定位、夾緊，一次裝夾，先鉆孔，后粗鏜、精鏜兩孔，保證兩孔的平行度和孔間距尺寸公差。因為是在一次裝夾中加工完畢，活動塊的平行度由鏜床的精度很容易得到保證。孔的平行度公差，一般正常可保證在0.01 ～0.02 mm，極少數因為各方面的因素會超差，但最大不超過0.03 mm，對裝配使用基本沒有影響。加工出來的產品，基本沒有廢品，合格率完全有保證。

此種加工工藝方法，由于是在臥式鏜床上加工，所以就會帶來一個很大弊端，加工效率過低，加工成本太高。在單件、小批量的生產中，體現還不太明顯，但對于批量的生產，效率低、成本高、加工周期長的問題就特別突出，使該機床生產周期變長，成本增加，快速交貨受到限制，缺乏一定的市場競爭力，不利于該類機床短時間內的批量生產，更不利于該類機床在市場中的應用推廣。

圖1 活動塊

2 在車床上加工保證活動塊的兩孔平行度

利用車床的花盤和彎板配合對活動塊的兩平行孔進行加工。

花盤是安裝在車床主軸上的一個大圓盤，盤面上的許多長槽用來穿放螺栓，工件可用螺栓直接安裝在花盤上。也可以把輔助支承角鐵(彎板)用螺釘牢固夾持在花盤上，工件則安裝在彎板上。為了防止轉動時因重心偏向一邊而產生振動，在工件的另一邊要加平衡鐵。工件在花盤上的位置需經仔細找正。

首先，在銑床或其他機械加工機床上，按照圖紙要求尺寸加工出外形。

在車床安裝好花盤，首先要利用活動塊已加工好的面作為基準，打表、找正，利用彎板進行定位，夾緊。在加工活動塊時，由于工件位置的原因，在離心力的作用下，加工工件孔的局部尺寸容易出現橢圓，兩孔的平行度公差一般可保證在0.05 ～0.1 mm 以內。在實際生產過程中，通過裝配時的反復調整和實際的應用驗證，只要孔距的平行度公差不超過0.1 mm，對活動塊裝配后的靈活性影響不大，所以此技術指標可以放寬使用，此時廢品率仍在20%以上。

此種加工方法，對比鏜床加工來說，加工效率有很大的提高，加工成本大幅度降低，大約是鏜床的1/3 ～1/2;但是打表找正比較費時間，對加工人員的個人技術要求較高，加工質量一般，合格率較低，批量生產一般不予采用。

3 在車床上利用專用夾具精加工保證活動塊的兩孔平行度

專用夾具設計思路及依據如下:

一種具有平衡配重功能的偏心夾具，在夾具本體上，以可往復移動的方式，設計一個用以夾持工件的夾持裝置和至少一個配重件;另再設計一個傳動機構，用以在夾持裝置移動時同步地傳動配重件作反向移動，以使夾頭在偏心夾置工件時仍能維持其重心在轉動軸心上，而能避免夾頭高速轉動時產生偏心震動。一般沒必要去精確計算，可根據工作的經驗，只要床頭不要太晃動就行了。

三爪卡盤與機床的連接需要一個連接法蘭盤。法蘭盤一端是內螺紋的，與車床主軸的外螺紋相連接;一端是帶臺階孔(起定位作用)的法蘭盤，用螺絲與三爪卡盤背后的螺紋孔連接。

根據三爪卡盤和主軸連接的原理，利用常規車床主軸端部安裝好的法蘭盤，簡化有平衡配重功能的偏心夾具設計思路，簡化設計結構，做一簡單實用的專用夾具，如圖2 (a)、(b)所示。其中，夾具體背面一端的止口、端面(起定位作用)分別和另一端面正面(基準面)要有垂直度、平行度要求，和車床主軸上連接的法蘭盤止口 (起定位作用)相配合，安裝方法和三爪卡盤的安裝固定方式一樣。夾具體上安裝徑向滑動板，滑動板兩大面有平行度要求，滑動板上安裝有定位、夾緊元件。

圖2 車床專用夾具

對于批量生產，加工前，根據圖紙對活動塊外形進行加工，并預鉆兩平行孔，基本保證中心距即可，留1 ～1.5 mm 的加工余量。在專用夾具中，找活動塊已加工好的面作定位基準，定位、夾緊，依次對兩孔進行精加工到尺寸，靠車床和夾具的精度來保證活動塊兩孔的平行度公差。

此種加工工藝方法，和前一種加工工藝相比較，特點是:操作相對更容易些，加工效率較高(可提高一倍以上)，產品的加工精度有一定提高，合格率較高。但和鏜床比較而言，加工精度還是有不少的差距。

4 在改造的車床上精加工保證活動塊的兩孔平行度

找一臺八成新以上的車床，目的是為了保證主軸的回轉精度，還有絲杠和中托板絲桿的傳動精度。

首先，要把車床改造成一臺數控車床，費用大概一萬余元，目的是為了提高加工的效率。第二步，改造中托板。把方形刀架去掉，固定方形刀架的基面，就變成專用夾具的工作固定臺面，按照和此基面的連接方式設計專用夾具的夾具體。要求夾具安裝固定完畢后，活動塊處在夾具中的位置應保證精鏜時活動塊兩孔的軸線和主軸軸線等高且平行，即在同一高度的平面上。實際上就是以中托板上刀架的安裝基面設定為一個工作臺面，相當于臥鏜的工作臺。改造后的車床，就是一臺數控車床;更進一步講，就是一臺變相的簡易數控“鏜床”，完全是根據活動塊在臥鏜上加工的方法原理改造而成。夾具設計實物如圖3 所示。

圖3 專用夾具(固定于方形刀架基座上)

做專用的鏜刀桿，刀桿尾部的錐度要和所改造機床主軸錐孔的莫氏錐度相配套，長度可根據所加工的產品靈活設計，注意控制其長徑比，在可保證加工的前提下，盡可能縮短鏜刀桿，以滿足鏜刀桿足夠的強度。可預先設計加工粗鏜刀桿1 把、精鏜刀桿2 把，刀具的材料為YG8，預先試鏜孔，調整保證粗鏜、精鏜的刀具尺寸。

每把精鏜刀加工的工件數量為40 ～50 件，兩把精鏜刀可加工80 ～100 件，一次的生產批量一般在100 件左右，所以事先準備1 把粗鏜刀、2 把精鏜刀，足夠加工一個批次的產品。

首先，對活動塊外形進行加工，并預鉆兩平行孔，基本保證中心距即可，留1 ～1.5 mm 的加工余量;再到改造好的數控車床上，選工件已加工好的面作為定位基準，在設計的專用夾具上進行定位、夾緊;然后，以任意一預鉆孔為基準，大致找正即可。一次裝夾，通過中拖板絲杠控制孔間距(孔距公差靠中拖板絲杠精度保證)，靠換已事先準備好的粗鏜刀桿和精鏜刀桿，對預鉆的兩孔進行粗鏜、精鏜，保證兩孔的平行度公差。

加工的原理方法實際和在鏜床上加工一樣，只不過是一臺變通了的所謂“鏜床”，一般孔的平行度公差可比較輕松控制在0.02 ～0.04 mm 以內，最大不超過0.05 mm。相比鏜床來說，加工成本低廉，效率大大提高，加工質量也有保證，合格率高。

以CA6140 為例，車床的改造費用1 萬余元;加上車床(不低于八成新)本身的費用4 ～5 萬元，總計費用在6 萬元左右，最多也不超過7 萬元。車床的加工工時在15 ～20 元/小時，一天可以加工活動塊成品大概40 ～50 件。而同樣一款臥式鏜床，價格40 余萬元，加工工時約60 元/小時，每天的加工成品大概為20 件。投入產出大概比例，前者是后者的1/12 ～1/14。

5 結論

通過對以上4 種加工工藝的對比分析，就能得到更優的加工方法和拓寬零件加工思路，很自然地提高產品的加工效率和加工質量。

對于批量大、精度要求高的活動塊加工來說，在改造的車床上，利用專用夾具精加工(鏜孔)，產品的合格率得到有效的保證，降低了工人的勞動強度，提高生產效率，減少產品對操作人員的技術依賴度，降低生產的加工成本，有很好的社會經濟效益，使得該類機床的大批量生產有了可靠的技術和物質保障，在市場競爭中占據一定的優勢地位。

推而廣之，在現代的機床工業中，在批量機床的生產和維修過程中，只要是中小型的類似活動塊的零件加工且平行度要求較高的，都可參照此種活動塊的加工工藝方法，避免對鏜床的依賴;同時，既可以提高生產效率，又能降低生產成本。

［1］楊叔子．機械加工工藝師手冊［M］．北京:機械工業出版社，2006．

［2］吳宗澤．機械設計師［M］．北京:機械工業出版社，2006．

［3］姬文芳．機床夾具設計［M］．北京:航空工業出版社，1994．

［4］戴曙．金屬切削機床設計［M］．北京:機械工業出版社，1994．

［5］徐灝．機械設計手冊［M］．北京:機械工業出版社，2001．

［6］周澤華．金屬切削原理［M］．上海:上海科學技術出版社，2001．