裝配式凸輪軸的工裝設計

■ 海軍駐興平地區(qū)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(shù)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(xiàn)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(jù)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(xiàn)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(jié)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(yè)出版社，1991．

[2] 孫光華．工裝設計［M］．北京：機械工業(yè)出版社，2004．