車床鉆削軸上偏心深孔夾具

濟鋼集團重工機械有限公司 （山東濟南 250101） 張文周

在機械加工領域，當孔的直徑和孔的深度之比超過1:25時則屬于深孔加工的范圍，鉆削難度相對較大，生產效率相對較低。對于細長軸上的深孔，當軸的中心與深孔中心一致時，常規方法是采用槍鉆在臥式車床上加工，或采用專用深孔鉆床等方法。當在細長軸上存在偏心的深孔時，細長軸就不能直接在車床或深孔鉆床上裝夾鉆孔，如煉鋼連鑄機上大批量使用的細長連鑄輥軸，長度均在2m以上，就屬于此種類型的工件。本文重點介紹了如何使用臥式車床來高效鉆削細長軸上的偏心深孔，實現低成本制造。

1. 在臥式車床上鉆削偏心深孔的難點分析

用車床鉆削偏心深孔時，要求偏心深孔的中心線必須與車床主軸回轉中心線完全一致，然而由于軸的外徑中心和深孔中心的偏離，如直接將深孔與車床主軸對中，其結果必然造成軸的外徑與車床的回轉中心線也產生偏離，當細長軸在高速回轉時將產生巨大的離心力，造成工件和車床劇烈振動而無法鉆孔，此情況下，常規采用在鏜床主軸上安裝槍鉆進行鉆孔，但鏜床轉速較低，須增設槍鉆專用的增速器以提高主軸轉速，這與臥式車床相比，鏜床的生產成本遠高于臥式車床，形成“大馬拉小車”的局面，極大地增加了制造成本，很不經濟，一般企業難以承受。

偏心夾具結構示意圖

2. 偏心深孔夾具的用途

本著提高鉆削效率和降低產品制造成本的原則，我們設計了在臥式車床上使用的一種夾具，將細長軸安裝在夾具內，一起夾持到車床的卡盤上，并通過夾具的獨特結構來平衡細長軸高速回轉時的偏心力，能夠順利地在臥式車床上完成細長軸上的偏心深孔鉆削加工。

3. 偏心深孔夾具結構原理

該夾具的基本原理是制作一個空心夾持套，將細長軸偏心地安裝于夾持套內，并使軸上的偏心深孔中心線與夾持套的回轉中心線一致，盡管此時細長軸自身的中心線與夾持套回轉中心線不一致，但夾持套的外部預先設置了配重塊，可抵消細長軸在高速回轉時產生的離心力。

該夾具的基本結構（見附圖I放大圖），夾持套的前、后兩端各設置1個偏心法蘭，其偏心量與深孔的偏心量須完全一致，且2個偏心法蘭內孔中心線須在同一軸線上。取下前偏心法蘭，即可快速地把細長軸穿入夾持套內，再安裝并緊固前偏心法蘭，則細長軸的兩端部外圓進入到前、后偏心法蘭內孔中自動快速地定位，此時，夾持套的中心線和偏心深孔的中心線均與車床主軸中心線一致，即可把組裝好的夾持套直接安裝在車床上卡盤上，鉆頭可以沿著車床主軸中心線進給，實施高速鉆削。為抵消細長軸自身在夾持套內的偏心所造成的巨大離心力，在夾持套的外圓上預先設置了用螺栓或焊接方式固定的配重塊，可保持夾具與細長軸組合體在高速回轉時能夠處于平穩狀態。

為獲得夾持套高速回轉靈活的效果，在夾持套遠離車床卡盤的一端外圓上設置了軸承。為進一步固定好安裝于夾持套內的細長軸，在夾持套中部的外圓上設置了夾緊螺釘。偏心深孔鉆削加工完畢后，拆下前偏心法蘭，松開夾持套中部外圓上的夾緊螺釘，即可取出細長軸工件。

4. 夾具的具體結構和使用方法

（1）夾具的組成部分中定位螺釘、軸承和夾緊螺釘屬于普通標準件。

（2）夾具制作要求。夾持套4可采用鋼管制作，其兩端的內孔須進行機加工并保證兩端內孔的同心度，以實現與前、后偏心法蘭的外圓配合良好，安裝軸承的外徑部位可按軸承內孔的配合需求加工。在制造前、后偏心法蘭時，需將2個法蘭結合成一體后同步加工其外圓和內孔，以保證2個偏心法蘭的外圓直徑一致、內孔偏心量一致，且該內孔的偏心數值必須與細長軸上深孔的偏心量相同。

（3）夾具組裝要求（見附圖）。①將后偏心法蘭7采用焊接或螺釘徑向頂緊的方式固定于夾持套4的后端內孔中。②安裝前偏心法蘭3，并精確調整和檢測前、后偏心法蘭7的內孔同心度，該同心度的指標十分重要，將直接決定著細長軸在夾具內的安裝精度，故這是關鍵的組裝步驟。檢測和調整同心度時，一般調整至0.01～0.03mm之內，推薦如下方法：一是利用數控回轉工作臺，很方便地用千分表拉表檢測；二是在劃線平臺上由鉗工拉表檢測；三是當具備條件時用三坐標儀檢測最為準確。用以上方法確認同心度后，從夾持套4的前端外圓上與前偏心法蘭3一起配鉆定位孔（附圖的放大部位），這樣在安裝前偏心法蘭3時，定位螺釘1首先擰入夾持套4上的螺紋孔內，進而進入前偏心法蘭3的光孔中準確定位，以后每次拆卸或安裝前偏心法蘭3時，該法蘭可始終保持穩定的位置，始終與后偏心法蘭7保持穩定的同心度。③安裝軸承2、夾緊螺釘5和配重塊6，本夾具組裝完成。

（4）夾具的使用。使用夾具時，可快速拆下前偏心法蘭3，把待加工的細長軸安裝于夾持套內，再安裝前偏心法蘭，細長軸的兩端部外圓即進入前后偏心法蘭3與7的內孔中自動快速地定位，并使得細長軸上的偏心深孔中心正好與夾持套4的中心線一致，并一起對準車床主軸線，擰緊夾緊螺釘5后，鉆頭即可沿著車床主軸中心線進給鉆削。軸承2的外圈與車床中心架接觸，用以支撐夾持套4輕松靈活地高速回轉。配重塊6的質量可以通過精確計算獲得，也可以根據平衡試驗的實際數據確定。

偏心深孔加工完畢后，拆下前偏心法蘭，可方便地取出加工好的細長軸，然后裝入后續待加工的其他細長軸，重復上述步驟再鉆削另一個偏心深孔。

5. 使用效果與結論

使用該夾具，可以在臥式車床上實現對細長軸上的偏心深孔加工，能夠充分利用車床資源，取代鏜床或專用深孔鉆床等價值較高的設備；細長軸上偏心孔的位置能夠自動對正車床主軸中心線，不再需要對刀找正的輔助時間，減輕車床操作者的勞動量，特別是在大批量鉆削偏心孔時，更能顯現該夾具裝夾方便、高效鉆削的特點。

[1] 成大先．機械設計手冊[M]．北京：化學工業出版社，2002.

[2] 王先逵．機械加工工藝手冊[M]．北京：機械工業出版社，2006.

[3] 趙如福．金屬機械加工工藝人員手冊[M]．上海：科學技術出版社，1990.

[4] 楊黎明．機床夾具設計手冊[M]．北京：國防工業出版社，1996.