一種車床上加工筒體部件的新型工裝

趙 棟，張彩玲，陸詩彧

（蘭州蘭石重工有限公司，甘肅 蘭州730050）

目前，機(jī)電產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)為功能更加多樣和齊全，隨之而來是零部件的精度越來越高，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜且體積越來越小，工程技術(shù)人員在不斷研究和改進(jìn)這些高精度復(fù)雜微小零件的加工工藝，傳統(tǒng)的分序加工工藝已經(jīng)不能滿足零部件的精度要求，如采用分序加工，不僅重復(fù)定位誤差大，占用人員和設(shè)備多，而且很難實(shí)現(xiàn)二次裝夾。精密筒體部件是機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)常遇到的器件，尤其互相垂直方向上內(nèi)孔、外圓的筒體加工難度較大，是該種零件加工的重點(diǎn)和難點(diǎn)[1]。將其在普通車床上加工，由于工件的尺寸精度、形位公差精度要求高，只能依靠專用工裝完成工件的加工。本實(shí)用論述的方法提供一種安裝在車床上加工互相垂直方向內(nèi)孔、外圓的工裝裝置，可以較為方便的制造出高精度的筒體部件，解決在普通車床上加工結(jié)構(gòu)復(fù)雜的筒體的問題，對(duì)提高生產(chǎn)率尤其是批量加工中具有十分重要的意義。

1 零件工藝性分析

我公司某型號(hào)產(chǎn)品中，有一種筒體零件，其三維模型圖如圖1所示零件，材料為20CrMnTi，是產(chǎn)品的核心零件，即在產(chǎn)品中起支撐作用，又對(duì)其余部件起著重要的連接和導(dǎo)向作用，因此對(duì)整個(gè)型號(hào)來說是關(guān)鍵部件。在圖2零件結(jié)構(gòu)示意圖中技術(shù)要求中，筒身水平方向內(nèi)孔精度要求較高[2]，其內(nèi)孔表面粗糙度為Ra0.8，左端內(nèi)孔和環(huán)槽對(duì)右端基準(zhǔn)A內(nèi)孔跳動(dòng)為0.015 mm,圖2中豎直方向內(nèi)外表面間同軸度以及端面與水平孔軸線A的垂直度為0.02 mm，并且加工過程中零件不得變形，零件的熱處理要求硬度26～28HRC.筒身十字交叉內(nèi)外圓在普通車床上只能用專用工裝裝夾來加工，還要防止加工過程中的裝夾變形，筒身剛度不足，多種變形因素使該筒體零件內(nèi)孔尺寸精度及其與外圓的形狀公差、壁厚差等加工精度難以保證。裝夾和加工時(shí)應(yīng)合理選擇裝夾方式和夾緊機(jī)構(gòu)，保證裝夾可靠且不超出允許范圍的變形。

圖1 加工零件三維模型圖

圖2 加工零件結(jié)構(gòu)示意圖

圖2中筒身具有三組加工表面，它們之間有一定的位置要求，具體如下：（1）以φ20的外圓為中心加工表面；（2）兩處垂直內(nèi)外圓表面；（3）以 φ27的外圓為中心加工表面。它們之間的位置精度要求是：（1）φ20和φ27外圓加工控制兩外圓同軸度 0.01 mm；（2）兩端面加工控制平行度0.03 mm.在普通車床上加工互有相互位置要求且軸線互相垂直的兩孔，常規(guī)方法無法裝夾加工。分析過零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求后，考慮設(shè)計(jì)產(chǎn)品的專用工裝胎具，安排在普通車床上進(jìn)行內(nèi)孔和外圓的加工，先半精車左端內(nèi)孔外圓、掉面半精車右端內(nèi)孔外圓，內(nèi)孔公差控制在0.03 mm，外圓留磨量0.4～0.5 mm；外圓磨磨外圓，控制兩端面平行度0.03 mm，以這兩個(gè)外圓為定位基準(zhǔn)然后借助于定心精度較高的專用夾具對(duì)其垂直方向上內(nèi)孔和外圓表面進(jìn)行加工，保證它們的尺寸精度和位置精度。擬定的工藝總體思路是：鍛造毛坯→熱處理→銑削→鉗工→外圓磨削→車削（專用工裝裝夾）→（其它加工工序）→成活入庫。

2 工裝設(shè)計(jì)和加工

工裝夾具的設(shè)計(jì)在機(jī)械加工工藝中具有很重要的作用[3]。利用好的胎具可以保證加工質(zhì)量，特別是保證被加工件工件的加工面與定位面之間的位置精度，提高生產(chǎn)率同時(shí)擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍，減輕加工難度和勞動(dòng)強(qiáng)度，保證生產(chǎn)正常進(jìn)行。為保證加工質(zhì)量及零件的技術(shù)要求，需要設(shè)計(jì)專門的夾具。夾具的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下特點(diǎn)：滿足零件的加工精度要求、工藝性好、保證操作方便，提高生產(chǎn)效率[4]。由于該筒身零件結(jié)構(gòu)較為特殊，根據(jù)胎具設(shè)計(jì)原則及零件毛坯形狀，在臥式普通車床CW6140上加工，設(shè)計(jì)出了如圖3所示的理想的工裝夾具，設(shè)計(jì)的夾具在加工工件時(shí)能保證加工要求且其安裝和拆卸要方便。用圖2外圓定位裝夾車成，裝夾時(shí)內(nèi)孔和端面要同時(shí)校正，以內(nèi)孔和外圓互為基準(zhǔn)，反復(fù)加工，釋放機(jī)加應(yīng)力[5]。

圖4是工裝三維模型圖，圖5是工裝實(shí)物圖。

圖3中工裝的組成及加工技術(shù)方案如下：安裝在車床上加工互相垂直方向內(nèi)孔、外圓及端面的裝置：底座、軸承座、立塊1、立塊2組焊成一體，在底座加工安裝定位軸3和定位軸4的定位孔；數(shù)控車加工底座上外圓和端面（用于車床加工時(shí)裝夾工件），兩軸承座孔在標(biāo)鏜上一次裝夾加工成控制兩孔同軸度0.01 mm.在兩件軸承座孔內(nèi)安裝淬火件定位套，定位套孔內(nèi)安裝定位軸1、定位軸2，并用M8螺釘固定在軸承座孔內(nèi)；加工時(shí)工件兩端外圓安裝在工裝的定位軸1、定位軸2孔臺(tái)內(nèi)，擰緊螺釘固定；立塊1和立塊2高度端面與工件軸線共線，便于測(cè)量加工部位端面。其特征在于：所述底座上面加工有定位裝置、夾緊裝置，并有滿足各零部件安裝位置要求的定位軸和螺孔。上述操作可使工件實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定心，保證了切削余量在個(gè)方向上的平均分配，滿足外圓加工精度和表面粗糙度要求的同時(shí)提高了加工效率[6]。

圖3 工裝結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 工裝三維模型圖

圖5 工裝實(shí)物圖

3 工裝使用方法

筒身加工中用普通車床結(jié)合新型夾具，從工藝上保證相關(guān)垂直度要求，具有適用范圍廣，可大幅度降低操作時(shí)間，提升普通車床的利用效率。根據(jù)夾具設(shè)計(jì)及產(chǎn)品的最終形狀尺寸要求，具體裝夾及測(cè)量方法參見圖2和圖3所示，其工作原理及使用步驟簡(jiǎn)述如下：

步驟一：普通車床的三爪卡盤用于裝夾圖3中工裝底座外圓，先去掉圖3中定位軸3，用立塊1兩側(cè)M10螺釘5頂緊圖2中工件毛坯外圓（125），加工圖 2 中（422）、（423）、（424）、（421）內(nèi)孔、外圓和端面。夾具裝夾時(shí)內(nèi)孔和端面都要同時(shí)校正，端面尺寸測(cè)量借助立塊1高度尺寸進(jìn)行測(cè)量。

步驟二：將工件旋轉(zhuǎn)180°，加工與基準(zhǔn)面相垂直面上的孔。將圖3中定位軸3墊彈墊16，用M16螺母固定在底座孔內(nèi)，將步驟一加工好的圖2中（423）內(nèi)孔用圖3中定位軸3定位，加工圖2中（122）、（123）、（124）、（125）、（121）內(nèi)孔、外圓和端面，端面尺寸測(cè)量借助立塊1高度尺寸進(jìn)行測(cè)量。

步驟三：上述步驟加工完成后，圖3中工裝整體偏移 52.42 mm，加工圖 2中（221）、（222）的端面和外圓，端面尺寸測(cè)量借助立塊2高度尺寸進(jìn)行測(cè)量。

步驟四：工件旋轉(zhuǎn)180°，將圖3中定位軸4墊彈墊16，用M16螺母固定在底座孔內(nèi)，將步驟三加工好的圖2中（221）外圓用圖3中定位軸4孔臺(tái)定位，加工圖 2 中（321）、（322）端面和外圓，端面尺寸測(cè)量借助立塊2高度尺寸進(jìn)行測(cè)量。

經(jīng)過不斷地探索和試驗(yàn)，本文所述的工裝設(shè)計(jì)及裝夾方法在普通車床上得到了成功的應(yīng)用。由于本方法采用上述技術(shù)方案，使用該夾具對(duì)軸類零件進(jìn)行定位裝夾時(shí)，鉆孔精度主要取決于夾具的精度，減少了人為操作的因素，使所鉆孔相對(duì)于已有孔的位置及軸線相互垂直能易于得到保證，且裝夾簡(jiǎn)單，易于操作，一次裝夾完成表面及端面的加工。筒體先加工孔，然后以孔為精基準(zhǔn)加工外圓。本文所設(shè)計(jì)夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造和安裝誤差較小，可以保證好的位置精度。在加工過程中按照加工余量與變形量適時(shí)進(jìn)行去應(yīng)力熱處理，選用正確的退火和時(shí)效處理工藝參數(shù)。加工出的工件符合技術(shù)要求，工件的定位和裝夾比較方便，安全可靠。這種加工方法的應(yīng)用十分簡(jiǎn)單和方便，其加工精度得到保證的同時(shí)有效地提高了加工效率，使大批量加工生產(chǎn)易于實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)語

（1）本文所述的套筒類零件防變形加工技術(shù)通過加工工藝基準(zhǔn)，基準(zhǔn)反復(fù)轉(zhuǎn)換、利用多件定位軸定位加工圖紙尺寸，本實(shí)用新型工裝結(jié)構(gòu)解決了空間尺寸無法測(cè)量問題。

（2）該工藝方法及工裝夾具可以有效解決在普通車床上無法裝夾和加工互相垂直方向上內(nèi)孔、外圓和端面問題，提高了加工效率和成品合格率，大大降低了工件裝夾和加工的工作強(qiáng)度，對(duì)類似筒體零件的加工提供了一種新的思路和方法，具有一定的參考價(jià)值。

（3）本文所述的方法及工裝已經(jīng)成功應(yīng)用與某軍品的成批生產(chǎn)中，目前技術(shù)成熟，加工質(zhì)量穩(wěn)定，為筒身類零件的加工創(chuàng)造了成功的案例，可適用于機(jī)械行業(yè)類似零件的加工。