軌道車輛制動閥墊片批量生產中端面圓跳動的控制方法

吉永娟

（南京鐵道車輛技師學院，南京 210000）

近年來，隨著我國鐵路事業的高速發展，列車為人們的出行提供了舒適的環境和安全的保障，列車上的制動閥用于控制列車的起動、停止和列車前進速度的重要部件，關系著列車的行駛安全和乘客的生命安全，制動閥的墊片可以起到相關連接件之間的緊密連接和防松的作用，保證制動閥在列車運行中能正常工作，也是列車上各部件中常用的配件，如圖1所示，因此在企業生產中多采用批量生產。

1 工藝分析

圖1中墊片材料選用45鋼，數量300個，屬于批量加工，最大直徑為?38 mm，左右2端各有2個深2 mm，直徑為?34 mm的端面槽，中間是套在閥芯上預留的?20 mm的孔，圖上雖未標注相關的尺寸公差及形位公差要求，但為了保證兩連接件的緊密，防止松動，在加工中仍要滿足一般的公差要求。為了提高生產效率，企業中通常采用數控車削加工，本案例中選用毛坯為?40 mm×1 000 mm的棒料，在車削加工中一般采用的工序為：車右端面—鉆?20的孔—車?38的外圓—車右端面槽—切斷（長度預留0.5 mm的精加工余量）—掉頭裝夾—車左端面（保證總長7 mm）—車右端面槽。本案例中加工的難點在于墊片為薄壁類零件（邊緣壁厚2 mm），掉頭裝夾后，除了在夾持力度方面有較高的要求，防止墊片變形外，更重要的是墊片長度僅7 mm（墊片厚度越小，圓跳動越難控制），掉頭裝夾后需要伸出一定長度以去除0.5 mm的精加工余量。因墊片厚度較小，裝夾時易出現圓跳動誤差，若圓跳動過大，就會導致墊片端面不平整，在工作中不能與制動閥上下2個連接件之間緊密接觸，墊片在工作中也易磨損，影響制動閥的正常工作；同時當圓跳動過大，因夾持長度較短（根據墊片結構特點，夾持長度為5～6 mm），當主軸高速旋轉時，墊片極易飛落，從而引起事故發生。那么在裝夾中該如何控制端面圓跳動，以保證墊片的加工精度呢？要控制好墊片在加工中的端面圓跳動，首先需要了解什么是端面圓跳動。

圖1 制動閥墊片（單位：mm）

2 端面圓跳動的概念

端面圓跳動公差帶是與于基準軸線同軸的任意半徑位置的測量圓柱面上沿母線方向距離為公差值t的兩圓之間的區域。即當被測件繞基準軸線無軸向移動旋轉一周時，在被測面上任意一測量直徑處的軸向跳動量不得大于公差值0.1 mm，如圖2所示。端面圓跳動是整個端面的形狀誤差及其對基準軸線的垂直度誤差的綜合反映，其是機械設計中必然存在的1個跳動誤差，存在是事實，采用措施控制才有意義。

圖2 端面圓跳動

端面圓跳動值測量的方法一般采用傳統的儀器測量法和數據采集儀連接百分表測量法2種，但本案例中的墊片并未標注出具體的端面圓跳動公差值，在加工中只需避免端面對基準軸線存在“傾斜式”的垂直度誤差，可按照GB/T 1184—1996《形狀和位置公差 未注公差值》中常用精度等級執行以滿足實際生產需要即可，無需測量出具體數值。那么在實際批量生產中又該如何控制墊片的圓跳動呢？

3 控制端面圓跳動的方法

車削加工中常用的盤類零件端面圓跳動的控制方法有以下幾種。

3.1 百分表找正法

車削加工中百分表找正方法是先將工件夾持在卡盤上，調節百分表，使測頭垂直指向端面，并壓表一到兩周，然后手動緩慢轉動卡盤，使被測工件回轉一周，找出指針旋轉的最高位置后，用木錘進行敲打工件最高點，使指針回落。再次旋轉卡盤，以同樣的方法校正其他最高位置，直至工件旋轉一周后，指針跳動的數值在公差范圍之內為止（圖3）。最后進一步夾緊工件。此方法精度較高，但對操作人員的技能水平要求也較高，在一次找正過程中通常需要2～6 min，因此多用于單件生產中。

圖3 百分表找正法

3.2 銅棒找正法

銅棒找正法通常是事先在機床刀架上裝夾一圓頭銅棒，再輕輕夾緊工件，然后使卡盤低速帶動工件轉動，移動床鞍，使刀架上的圓頭銅棒輕輕接觸已粗加工的工件端面，再由外向內徑向緩慢移動床鞍，觀察工件端面大致與軸線垂直后即停止旋轉，并夾緊工件，如圖4所示。銅棒找正法在使用過程中比百分表簡單方便，精度一般可控制在0.01～0.02 mm之間，采用銅棒找正雖然可以控制端面圓跳動，但因不能保證工件每次伸出的長度一致，導致在數控加工中每次都要進行Z方向的對刀，而且墊片為薄壁類零件，夾持長度較小，對操作者夾持力度要求較高，夾持力過小，銅棒在接觸墊片的過程中會使墊片發生軸向移動；夾持力度過大，則銅棒無法校正端面圓跳動，因此銅棒找正法也無法高效地控制墊片的端面圓跳動，此方法一般用在各類大賽中或小批量的產品生產中。

圖4 銅棒找正法

3.3 在卡盤上車定位槽法

當企業生產中經常有不同類型的盤類零件的產品需要批量生產時，可考慮在三爪卡盤上車削一定位槽的方法控制端面圓跳動，如圖5所示。在卡盤內側車一長度為5～6 mm定位槽，裝夾時，將墊片右端面掉頭后放入卡盤槽內，并緊靠槽底，然后進行夾緊，這樣在車削中可保證每次伸出長度大致相同，省略每次的對刀時間，同時保證左右端面的平行度和控制端面的圓跳動，操作簡單方便，對任何小尺寸的盤類零件都適用，使用廣泛。但因卡盤前端被車出一定位槽，當夾持其他非小尺寸的零件時，定位槽不能與工件表面接觸，力度無法保證，需要重新更換卡爪，生產成本較大，在使用時需謹慎考慮。

圖5 在卡盤上車定位槽法

3.4 定位工裝法

企業在批量生產過程中要求產品的標準性、統一性和高效性，控制閥墊片在數控機床掉頭裝夾中要實現快速控制端面圓跳動，可利用卡盤端面設計一簡單方便的定位工裝，如圖6所示。在工件掉頭裝夾時，將工件放入工裝左端面?38.5 mm的端面槽內，槽深2±0.01 mm，可保證工件伸出的部分用于卡盤的裝夾，在裝夾過程中讓墊片右端面緊靠工裝槽內，工裝左端面與三爪卡盤右端面靠近后夾緊墊片即可，這樣的裝夾定位方法簡單快捷，還可以保證每次夾持長度控制在5.5 mm左右（精加工余量0.5 mm），伸出長度為2 mm，不僅控制了圓跳動，同時也省略每次的對刀時間，相對比前2種端面圓跳動控制方法節省了很多時間，同時對操作者技能水平要求不是很高，提高了生產效率。

圖6 定位工裝法（單位：mm）

4 定位工裝法控制墊片的端面圓跳動

通過對以上幾種端面圓跳動的控制方法對比分析，百分表找正方法直接、準確，但操作復雜，對技能水平要求較高，用時較長，一般用于單件生產中；銅棒找正法快捷方便，但對于這種夾持長度較短、夾持力度要求的墊片而言，找正過程難度較大，適用于對夾持力度要求不嚴，工件伸出長度沒有要求的工件端面控制；定位工裝和卡盤車定位槽的方法簡單快捷，效率較高，適用于批量生產，但因卡盤車定位槽的方法成本較高，被車出槽的卡盤不再適宜夾持其他零件，因此在本案例制動閥墊片中筆者根據企業實際生產現狀采用定位工裝的方法。

定位工裝法是利用工裝的定位面（圖6中的左端面）與卡盤端面一周距離相等的原理控制墊片端面圓跳動，使用時首先將切斷下的墊片待加工端面放入工裝的槽內，再將墊片和工裝一起放在卡盤上，裝夾時要保證工裝的定位面緊靠卡盤端面，墊片待加工端面緊靠工裝槽底，最后將墊片伸出部分放入卡爪內進行夾緊即可，操作方法快捷方便。經實際測試，工裝控制端面圓跳動的精度可保證在0.02 mm以內。同時因裝夾后工件的伸出長度都相同，因此數控機床刀具不需每次都在Z方向對刀，縮短了生產周期，提高了生產效率，也保證了批量生產過程中墊片的標準性和統一性，深受操作人員的歡迎。

5 使用定位工裝法的注意事項

（1）定位工裝是根據特定零件結構而設計的專用工裝，工裝的使命隨著制動閥墊片生產的完成而結束，不能用于其他零件端面圓跳動的控制。

（2）裝夾時首先需要確定卡盤端面平整光滑，無凹凸面，其次定位工裝的定位面也需要平整光滑，才能保證圓跳動的準確性。

（3）若在墊片切斷過程中，墊片在切斷的一瞬間掉落，其左端面還留有一圈未切除掉的余料，為了避免影響定位的準確性，可根據實際情況在工裝內部鉆一大于?20 mm的孔用于放置多余的切斷余料，如圖7所示。

圖7 制動閥墊片的定位工裝

（4）工裝對定位面表面粗糙度要求較高，對材料、長度和外圓等尺寸無要求，操作者可選用合適的廢料制作，也可根據實際情況進行進一步優化。

6 結束語

端面圓跳動控制方法在盤類零件加工中應用較多，影響著產品的質量及加工效率，在加工中需要操作人員根據實際生產要求，選擇合適的控制方法才能達到事半功倍的效果，本文列舉的幾種方法端面圓跳動的控制方法各有所長，可以使用在不同的場合，尤其是定位工裝法，廣泛使用在薄壁類零件的批量生產中以保證零件的統一性和標準性，讀者可根據零件結構對工裝進行優化改進，以滿足實際生產需求。