裝配式凸輪軸的工裝設計

■ 海軍駐興平地區軍事代表室 （陜西 713105） 高 博

■ 陜西柴油機重工有限公司 （興平 713105） 魏有理 段建華

柴油機凸輪軸分為整體式和裝配式。其中裝配式凸輪軸為細長軸類零件，并帶有多缸鍵槽，由于零件過長加工難度大，設計時一般將零件分為幾段通過法蘭連接起來。凸輪軸在裝配后，有較高的技術要求，特別是凸輪軸兩端的定位銷孔及凸輪軸外圓上的鍵槽加工難度較大。其中凸輪軸兩端的定位銷孔要求各組裝零件配鉸加工，按一般方法只能設計鉆模用手電鉆加工，加工難度大，產品容易超差。凸輪軸外圓上的鍵槽尺寸、幾何公差要求較嚴，各鍵槽間、鍵槽與定位基準孔間有著較嚴的角位要求，用普通設備加工難以保證加工要求，用數控設備加工裝夾難度大，加工成本高。為此在分析零件的技術要求后，通過設計、應用專用的配鉸鉆模和凸輪軸鍵槽銑夾具，在通用設備上完成裝配式凸輪軸定位銷孔和鍵槽的加工，保證了柴油機凸輪軸的加工要求，降低制造成本，提高經濟效益。

1. 零件技術難點分析

以某型柴油機凸輪軸為例，該零件總長為5 012mm，由兩端凸輪軸組裝而成，以其中一段為例進行說明。該零件總長為2 452mm，直徑為125+0.033+0.015mm，長徑比達到19.6，屬細長軸類零件。為了保證零件裝配后配合良好可靠，零件裝配時在φ6 5（H6/h6）的小間隙凸臺及止口定位的法蘭上設計了φ10H7銷孔，要求兩端凸輪軸配鉸加工，安裝時用定位銷定位，防止零件的相互轉動。φ125+0.033+0.015mm外圓有6個鍵槽，鍵槽寬度尺寸為32-0.026-0.088m m，鍵槽間存在一定夾角，各鍵槽間角度偏差要求≤±1 5′，并與裝配基準孔φ10H7的角度偏差≤±15′，相對于凸輪軸外圓的對稱度≤0.03mm。其結構如圖1所示。

由以上分析可知該零件鍵槽加工過程中存在以下技術難點：

裝配基準孔φ10H7要求配鉸加工，一般用鉆模及手電鉆加工難度較大，加工效率低，難以保證加工要求。

圖1 某型柴油機凸輪軸結構簡圖

鍵槽間角度偏差±15′及與裝配基準孔φ10H7的角度偏差≤±15′要求較高，利用一般對線、分度頭等加工方法難以保證。

鍵槽相對于凸輪軸外圓的對稱度≤0.03mm，由于零件屬細長軸，剛性裝夾過程存在裝夾變形，難以保證。

通過結構分析和加工工藝方案研究，設計了配鉸鉆模及角位分度盤，在通用設備上實現了零件的高效精密加工，保證了零件的技術要求，提高了加工效率。

2. 夾具設計

配鉸鉆模設計。通過對零件的技術要求進行分析，為了保證零件上φ10H7裝配基準孔的高度一致，我們在設計鉆模時采用了如圖2所示的鉆模，在鏜床上對零件進行加工。該鉆模用凸輪軸的裝配基準φ65h6凸臺為中心定位，定位孔與零件選用小間隙配合G7/h6配合，該鉆模上同時設計了定位凸臺φ65g6與另一段凸輪軸止口φ65H7定位，對鉆模上的定位止口和凸臺提出了較高的同軸度要求，保證φ10H7的位置一致性，確保加工出的φ10H7孔與零件中心距離一致。鉆模上設計了φ9mm、φ9.8mm和φ10mm（件號1、2和3）的速換鉆套，用于對φ10H7孔鉆、擴、鉸，保證定位孔尺寸要求和精加工時鉸刀和鉆套孔的精密配合。鉆模用鉤頭壓板固定在零件上。利用此配鉸鉆模可在鏜床上分別加工兩個零件的φ10H7裝配基準孔且位置度可滿足裝配要求，加工效率大大提高，加工難度降低，效果良好。

角位分度盤。為了保證零件鍵槽間及與裝配基準孔φ10H7的角度偏差，我們設計了角位分度盤，其結構如圖3所示。該工裝以零件上的φ65h6凸臺（另一段凸輪軸以φ65H6止口）為中心定位基準，同時利用菱形定位銷，以零件的裝配基準孔φ10H7為角位定位基準，根據零件的鍵槽相互角度，確定銑鍵槽的六方分度盤上各六方面間角度為60°±2′，在加工零件鍵槽過程中，通過螺栓、墊圈和螺母將零件與六方分度盤緊固在一起，機床主軸始終保持水平不動，通過旋轉六方角位分度盤上的6個平面，并用直角尺靠緊垂直平面，控制直角尺六方角位分度盤上平面間隙≤0.05mm，保證零件的精確旋轉定位，從而保證各鍵槽間的角度公差要求，加工效率大大提高。

圖2 配鉸鉆模1、2、3.速換鉆套 4.鉤頭壓板

圖3 角位分度盤1.六方分度盤 2.螺栓 3.墊圈 4.螺母 5.菱形定位銷

3. 結語

通過設計、應用裝配式凸輪軸專用工裝，解決了裝配式凸輪軸裝配基準孔的配鉸難題，在普通鍵槽銑床上實現了裝配式凸輪軸加工多角位鍵槽的高效精密加工，在保證零件加工精度的前提下，節約了生產成本，提高了加工效率。應用前景較好，可全面推廣。

[1] 孟少農．機械加工工藝手冊［M］．北京：機械工業出版社，1991．

[2] 孫光華．工裝設計［M］．北京：機械工業出版社，2004．