偏心轴的一种装配加工方法

2012-02-20何家耀龙勇坤陈杰豪

装备制造技术 2012年8期

童洲，何家耀，龙勇坤，陈杰豪

（华南理工大学广州学院工程训练中心，广东广州 510800）

华南理工大学广州学院院近期开展的“学生研究计划”中，一个项目题为“简易手动弯角机的设计”。其中弯角机的传动部分由一个偏心轴和一个滑块组合构成，工作原理是由偏心轴转动带动滑块组合，做直线往复运动，从而驱动刀具做弯板加工。

1 工件分析

偏心轴的结构如图1所示。该轴的材料为45钢，总长为368 mm，最大直径为Φ110 mm，中间起支承作用并与机架作滑动配合的部分，直径分别为Φ58 mm和Φ 40 mm，左侧Φ 35 mm外圆与滑块组合中的小方块内孔作滑动配合，外圆中心线与主轴中心线偏心22.5 mm，右端是端面外接圆为Φ 40 mm的正六棱柱，用于连接相应的套筒扳手，以便手动扳转主轴。

图1 偏心轴

由于工件较长，并且各部分直径大小差距以及偏心距较大，如果采用一整段材料直接车削加工，材料将严重浪费，而且车削偏心部分产生的离心力也会非常大，工件容易产生变形，无法保证加工精度。

2 加工方案的确定

根据学院工程训练中心现有的加工条件，结合偏心轴的技术要求和实际应用，我们决定将偏心轴分成3个部分来加工。

大体的加工思路是：

将中间直径最大的Φ110 mm部分单独作为第一部分，粗车端面及外圆后，车内孔Φ49.9 mm后车内螺纹M52；

右侧4段合成第二部分来加工，为了与第一部分的内螺纹配合，左端车外螺纹M52，长度35 mm；两部分螺纹拧紧后，精车外圆及端面，然后在左边端面加工偏心孔Φ30 mm，孔深30 mm，偏心22.5 mm，右端加工则使用分度头装夹，铣削六棱柱侧面；

左侧Φ35 mm的偏心部位，作为第三部分，为将其打入偏心孔内，右侧配车Φ30 mm轴端，长度30 mm，与偏心孔形成过盈配合。

总的来说，整个偏心轴由这3个部分，分别加工完成后装配而成。

偏心部位与主轴分开加工，可以避免因车偏心部位而产生的离心力，而30 mm长的过盈配合部分，也能保证偏心部位与主轴牢固连接，并且可以防止M52螺纹连接返松。但分开加工然后装配的整个工艺过程要保证精度，难度非常大。其中最主要的难点就是偏心孔的加工，以及如何在不破坏第二、第三部分装配体精度的前提下，加工偏心孔并保证其中心线与主轴中心线的平行度。

3 Φ30 mm偏心孔的加工

由于主轴较长，以现有条件在铣床及钻床上，均不能实现稳固装夹，因此无法使用这些设备加工。线切割以及电火花加工虽不用稳固装夹，但装夹过程同样复杂，况且线切割无法加工盲孔，电火花加工时间太长。基于上述情况，我们考虑根据要求划好线后将车床进行改装，用来加工主轴偏心孔。

3.1 偏心孔的加工尝试

（1）车床的改装。如图2所示，先将车床上的刀架部分和三爪卡盘拆掉，用心轴连接刀具，用中托板来固定工件，留下带手柄的大螺栓与原有的螺孔配合，用来压紧固定工件左侧的压板。右侧则另外加工一个夹具来固定，该夹具是在G字夹具的基础上改装而成，通过在一端加装两段平行的钳口，在夹紧时可以有效地防止工件作横向摆动。经过改装后，车床可当成卧式钻床或者卧式镗床来使用，通过转动溜板箱手轮可带动工件作进给运动。

图2 偏心孔的加工

（2）装夹位置的校正。工件装夹的过程中，为保证其轴线与车床主轴轴线的平行度，需用百分表对Φ 50 mm轴段的母线进行打表校正。

检验工件轴线对刀架移动平行度时，把百分表固定在机床床身上，使百分表测头触及工件Φ 50 mm轴段表面侧母线，移动刀架对整段进行检测。微调左右两端的前后位置，使百分表在两端的读数相等。将百分表测头移至顶母线附近位置，调整中托板丝杠手轮使工件前后移动，记录百分表的最大读数。当百分表两端的最大读数相等，并且在同一前后位置左右移动读数变化不超过0.01 mm时，两轴线的平行度校正完成。

车床上的三爪卡盘拆掉后，装上钻夹头以及Φ 5 mm中心钻，转动工件并调整中托板丝杠手轮，使得偏心孔中心对准中心钻，然后将工件夹紧。

（3）偏心孔的加工。首先在偏心孔中心位置钻中心孔，然后拆下钻夹头，使用过渡套筒装上Φ 29 mm钻头。在钻Φ 29 mm内孔时，慢慢转动溜板箱手柄，并控制钻孔深度不超过35 mm。

钻完内孔Φ 29 mm后，我们原计划直接使用Φ 30 mm的钻头进行扩孔，但由于当时时间紧迫，没有严格按照要求配齐夹具，以致于钻孔精度没有达到预期的目标。从图2中我们可以看到，压板由于厚度只有10 mm，在巨大压紧力作用下，已经产生弯曲变形，而工件直接放置在中托板上，左侧装夹只靠两点接触，无法限制工件的横向偏移，使得钻孔时工件发生了小幅的振动，从而导致钻出的孔内壁过于粗糙，并产生了一定的锥度。

对于这种情况，为保证孔的精度，我们考虑改用镗孔进行最后的加工。使用百分表重新校正工件与车床主轴轴线的平行度，然后将镗刀刃口调到与刀杆中心线间距为15 mm的位置并装上车床，精镗Φ 30 mm内孔。

3.2 加工总结及方案的改进

从加工尝试的过程，我们可以看到，工件装夹是否牢固，对偏心孔的加工精度影响非常大。对此我们总结出一个比较合理的装夹改进方案。

如图3所示，工件左右两端通过一对V型架固定在中托板上，轴向定位由主轴左侧第一个轴肩与中托板左侧面接触限位来实现，即左侧装夹Φ58 mm位置。由于装夹部位直径只有40 mm，中托板左右两侧又有3 mm的高度差，悬空部分须加12 mm厚的垫板，以防夹紧时变形。左侧的压板为保证压紧时有足够的刚度，厚度必须在15 mm以上。