典型偏心軸類零件車削加工方法探討

張波濤

摘 要：本文對(duì)典型偏心軸零件進(jìn)行加工工藝方案探討研究。針對(duì)偏心軸類零件加工中的常見(jiàn)的尺寸超差、裝配難保證問(wèn)題，分析零件加工難點(diǎn)，通過(guò)制偏心胎、磨削裝夾外圓減少了零件裝夾誤差，通過(guò)調(diào)整熱處理余量法減少了零件熱處理變形，通過(guò)壓縮光桿尺寸法減少了零件裝配誤差，通過(guò)刀具優(yōu)化減少了零件變形，通過(guò)優(yōu)化切削參數(shù)提高零件加工效率。經(jīng)過(guò)試切加工驗(yàn)證，該工藝方案可以有效改善偏心軸類零件加工質(zhì)量不穩(wěn)定的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：車削工藝;偏心軸;加工

引言

偏心軸類零件因其加工精度高，加工質(zhì)量不穩(wěn)定，一直是制造加工的難點(diǎn)。此類零件常用來(lái)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換，其加工質(zhì)量尤其是偏心部位的尺寸精度更是直接決定著機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。常見(jiàn)的偏心零件分為偏心軸與偏心套。外圓與外圓偏心的工件稱為偏心軸;內(nèi)孔與外圓偏心的工件稱為偏心套。本文從典型偏心軸零件入手，對(duì)偏心軸類零件的加工技術(shù)做相應(yīng)探究。該零件材料為不銹鋼，是典型的偏心軸類零件。

1偏心軸零件工藝技術(shù)分析

偏心軸類零件加工過(guò)程中，常出現(xiàn)以下問(wèn)題：

1.零件材料為不銹鋼，加工過(guò)程中，由于不銹鋼材料韌性大、熱強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)低，容易造成刀尖處切削溫度高，從而導(dǎo)致產(chǎn)生積屑瘤，加劇刀具磨損、影響零件表面質(zhì)量。

2.零件最大輪廓尺寸約為φ35×130（mm），熱處理易變形，影響零件尺寸精度

3.保證零件同軸度的前提下，零件外圓相切處存在臺(tái)階，裝配干涉;保證相切的時(shí)，零件的偏心間距又無(wú)法得到保證。

4.偏心軸光桿尺寸為Φ16f7（-0.016，-0.034）與雙排滾針軸承16（0，-0.019）為過(guò)渡配合，存在安裝不上的情況。

2偏心軸零件加工工藝設(shè)計(jì)

2.1偏心工藝方法梳理

2.1.1三爪卡盤(pán)加墊[1]

在長(zhǎng)度較短，偏心距較小（e<6mm）的偏心工件，在加工時(shí)常用在三爪自定心卡盤(pán)的一個(gè)卡爪上增加一塊墊片，使工件產(chǎn)生偏心來(lái)車削。加墊法適合于單件小批量零件生產(chǎn)試制，其墊片在裝夾時(shí)不夠便捷，受工人技能水平影響較大。

2.1.2制偏心胎

通過(guò)制作與零件偏心距一致的偏心胎，來(lái)實(shí)現(xiàn)偏心零件的加工。偏心胎法適合于大批量加工，在初次制作完成后，后續(xù)生產(chǎn)裝夾簡(jiǎn)單，加工精度高，通過(guò)打百分表，單邊精度可達(dá)0.01mm。

2.1.3四爪卡盤(pán)劃線找正加工

依據(jù)對(duì)稱卡爪對(duì)車床旋轉(zhuǎn)中心的偏移量來(lái)確定偏心軸的偏心量（用百分表校對(duì)[2]） ， 這是一種試湊方法， 需要反復(fù)校正， 且無(wú)法達(dá)到較高的精度等級(jí)和公差要求， 如果是批量加工， 每加工一根軸要為此試湊校正多次， 生產(chǎn)效率太低， 同時(shí)達(dá)不到質(zhì)量要求。

2.1.4制作偏心可調(diào)卡盤(pán)[3]

車削精度高、批量較大的偏心工件時(shí)，可以用偏心卡盤(pán)來(lái)車削。偏心卡盤(pán)分兩層，底盤(pán)用螺釘固定在車床主軸的連接盤(pán)上，偏心體與底盤(pán)燕尾槽相互配合。偏心體上裝有三爪自定心卡盤(pán)。利用絲杠來(lái)調(diào)整卡盤(pán)的中心距，偏心距e的大小可在兩個(gè)測(cè)量頭之間測(cè)得。當(dāng)偏心距為零時(shí)，兩測(cè)量頭正好相碰。轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠時(shí)，測(cè)量頭逐漸離開(kāi)，離開(kāi)的尺寸紀(jì)委偏心距。兩測(cè)量頭之間的距離可用百分表或量塊測(cè)量。當(dāng)偏心距調(diào)整好后，用4只方頭螺栓緊固，把工件裝夾在三爪自定心卡盤(pán)上，即可進(jìn)行車削，由于偏心卡盤(pán)的偏心距可用量塊或百分表測(cè)得，所以可用獲得很高的精度。

2.1.5制兩頂尖孔車偏心軸

一般的偏心軸，只要兩端面能鉆中心孔，有雞心夾頭的裝夾位置，都可以用在兩頂尖間車偏心的方法。因?yàn)樵趦身敿忾g車偏心軸與車一般外圓沒(méi)有很大區(qū)別，僅僅是兩頂尖在偏心中孔中加工而已。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是偏心中心孔已鉆號(hào)，不需要花費(fèi)時(shí)間去找正偏心;定位精度較高。

2.1.6宏程序制偏心

宏程序[4]是運(yùn)用對(duì)數(shù)控系統(tǒng)存儲(chǔ)器物理地址進(jìn)行定義或賦值，可以對(duì)完成某一功能系列的指令動(dòng)作存儲(chǔ)，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算的變量值或數(shù)存儲(chǔ)。利用宏程序加工偏心工件，就是將偏心工件的輪廓曲線模型融合成一個(gè)偏心工件加工的程序。宏程序法制偏心的優(yōu)勢(shì)在于無(wú)須偏心裝夾即可完成偏心零件的加工，但其需要工件轉(zhuǎn)動(dòng)軸與刀具徑向進(jìn)給聯(lián)動(dòng)，機(jī)床主軸需具備伺服功能才能實(shí)現(xiàn)軸的連續(xù)定位控制。

2.2工藝方案實(shí)施

2.2.1使用加墊法制作偏心胎

通過(guò)綜合考量生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，結(jié)合各偏心工藝方法精度，采用制偏心胎法實(shí)現(xiàn)零件偏心部位的加工。利用所得墊片厚度，制造出用于零件外圓加工的偏心胎，使用偏心胎，符合基準(zhǔn)統(tǒng)一的定位原則，零件φ22，φ16，φ12外圓均使用偏心胎φ40外圓為基準(zhǔn)。使用偏心胎法加工偏心軸可以有效降低零件裝夾誤差，對(duì)工人技能水平要求低，加工質(zhì)量穩(wěn)定。

2.2.2磨削裝夾外圓

為進(jìn)一步減少尺寸誤差，提高零件精度，在車削偏心外圓前，需增加磨削工序，對(duì)零件裝夾定位部分進(jìn)行磨削，使其公差保持在0.05mm以內(nèi)。

2.2.3調(diào)整熱處理余量

結(jié)合零件材料特性及零件尺寸，設(shè)置熱處理余量為2mm，留足熱處理變形余量。在熱處理后，先利用車工去除大余量，再利用磨工精加工，保證同軸度等形位公差，消除因熱處理變形引起的尺寸超差。

2.2.4壓縮光桿尺寸

由于偏心軸光桿尺寸Φ16f7（-0.016，-0.034）與滾針軸承（0，-0.019）為過(guò)渡配合，存在一定的過(guò)盈量，故而會(huì)發(fā)生無(wú)法配合的問(wèn)題。因此，在實(shí)際加工中，對(duì)外圓尺寸進(jìn)行壓縮，由Φ16f7改為Φ16（-0.024，-0.034），利使其配合關(guān)系轉(zhuǎn)為間隙配合，保障了零件裝配。

2.2.5切削刀具選擇

針對(duì)易產(chǎn)生積屑瘤問(wèn)題，在加工零件外圓時(shí)，需綜合考慮刀具主副偏角與刀尖角。刀具主偏角為主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方向的夾角，影響主切削刃的受力與導(dǎo)熱能力。工人常用主偏角93°的刀具進(jìn)行切削，該角度刀具有著較大的切削力，但是易造成零件彎曲變形，零件熱處理后受到應(yīng)力影響，彎曲變形會(huì)更加嚴(yán)重。刀具的副偏角是副切削刃在基面上的投影與背離進(jìn)給方向間的夾角，減小副偏角可以減小工件表面的粗糙度值，但是過(guò)小的副偏角又會(huì)使背向力增大。刀尖角為主副切削刃在基面上投影間的夾角，影響刀尖強(qiáng)度和散熱性能。結(jié)合零件外形，選用主偏角35°，副偏角6°的車刀，可以降低零件的切削力，減少零件變形程度，提高加工精度。

3驗(yàn)證分析

3.1車床上測(cè)量偏心距

對(duì)于偏心距較小（e<5），不易放在V形塊上測(cè)量的偏心零件，可以將其夾持在車床上使用百分表進(jìn)行測(cè)量其偏心距。測(cè)量時(shí)，將百分表側(cè)頭與零件偏心部位接觸，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)零件，記錄百分表的最大最小讀數(shù)。其尺寸的最大值與最小值之差，就是零件偏心距的二倍。

3.2 V形塊測(cè)量偏心距

對(duì)于偏心距較大（e≥5）的工件，可將零件放置在V形塊上進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)偏心軸，用百分表測(cè)量出偏心軸的最高點(diǎn)h;再將百分表移動(dòng)，測(cè)出偏心軸外圓與基準(zhǔn)外圓的距離a，使用以下公式即可計(jì)算：

其中，D為基準(zhǔn)外圓直徑，d為偏心軸直徑，a為基準(zhǔn)軸外圓與偏心軸外圓最小距離。

3.3試切結(jié)果

對(duì)該工藝方案進(jìn)行三次小批量試切加工，共計(jì)車削偏心軸零件60件，其結(jié)果顯示：加工出的零件有著較好的表面質(zhì)量，形位公差得到了保證，滿足零件圖紙技術(shù)要求，在裝配時(shí)無(wú)卡塞等現(xiàn)象，滿足裝配后的實(shí)際使用功能。每次交檢合格率達(dá)到了100%。在后續(xù)的批生產(chǎn)中，交付的合格率持續(xù)為100%。

結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)典型偏心軸零件加工工藝方案進(jìn)行概述，主要采用制偏心胎法實(shí)現(xiàn)零件的偏心外圓加工，輔以磨削裝夾外圓，調(diào)整熱處理余量，壓縮光桿尺寸，選擇合適切削刀具與切削參數(shù)。經(jīng)實(shí)際加工驗(yàn)證，該工藝方案可以減少零件返修頻次，縮短零件生產(chǎn)周期，產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率大幅提升。為后續(xù)此類零件的加工提供了案例，對(duì)相似零件具有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王公安，車工工藝學(xué)[M]，北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2014。

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[3]王平，車削工藝技術(shù)[M]，沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2009。

[4]李福運(yùn)，非偏心裝夾實(shí)現(xiàn)偏心工件的加工[D]，廣東：機(jī)電工程技術(shù)，2017。