特型柱销加工工艺研究

2015-06-28沈阳工学院辽宁110005李银玉

金属加工(冷加工) 2015年7期

关键词：圆柱面车床示意图

■沈阳工学院（辽宁 110005）李银玉吴敬

特型柱销加工工艺研究

■沈阳工学院（辽宁 110005）李银玉吴敬

通过分析要加工的零件尺寸，认为加工难点在于由直径20mm半圆柱面和半径10mm半圆柱面构成的组合圆柱面，为此拟定了可行的加工方案，设计了简易的夹具，在车床上完成加工，保证了加工质量和加工效率。

1. 特型柱销零件结构

在某矿山设备上的机械行走部分中，有2个特型柱销（见图1），材质为45钢。该柱销在设备中起定位和锁紧作用，其加工质量影响设备的装配精度和使用可靠性。该零件属于批量生产，既要求严格的加工质量，又要保证生产效率。为此认真研究加工工艺，设计简单可靠的专用夹具，保证了该零件的顺利加工。

2. 特型柱销零件尺寸及特征分析

该特型柱销是一个回转零件，Ⅰ段是M16外螺纹，Ⅱ段不是一段圆锥面，而是由直径20mm半圆柱面和半径10mm半圆柱面构成的组合圆柱面，半径10mm圆柱面轴线和直径20mm圆柱面轴线呈一定角度，中间过渡段直径140-0.110m m，重点尺寸是16.90-0.070mm和65+0.1000mm，而加工精度等级并不高，表面粗糙度值均在Ra=6.3µm，该零件加工难点是R10mm的圆柱面。

回转体一般在车床上加工，而R10mm圆柱面的轴线是倾斜的，不在回转中心上，所以加工中要采取措施，使R10mm圆柱面的轴线与车床回转中心重合。为此要拟定合理的加工工艺，设计简单可靠的工装夹具。

3. 加工工艺方案拟定

根据该零件的关键加工部位是R10mm圆柱面的特点，拟定加工方案为：①下料，采用圆柱棒料。②加工Ⅰ段外螺纹部分。③加工过渡段直径14mm和直径20mm圆柱面，保证各段长度尺寸，保证总长120mm。④设计简单可靠的工装夹具，加工R10mm圆柱面。

加工R10mm圆柱面，以外螺纹为定位基准，通过车床自定心卡盘定位及夹紧。尾座顶尖支撑R10mm圆柱面轴心（R10mm圆柱面轴心和φ20mm圆柱面轴心在零件Ⅱ段端面上的偏差非常小，中心孔可以共用）一次加工完成，控制好尺寸16.90-0.070m m和长度65+0.1000mm（见图2）。

4. 专用夹具的设计

图1 特型柱销零件示意图

图2 零件通过自定心卡盘和顶尖定位示意图

（1）选择零件定位基准：特型柱销R10mm圆柱面的设计基准是其轴线和50mm处的台阶面，而该零件的定位基准应是φ20mm圆柱面的轴线，加工R10mm圆柱面必须使其轴线与车床回转中心重合，为此必须确定R10mm圆柱面轴线与φ20mm圆柱面轴线所夹的倾角δ和以Ⅰ段螺纹端面为基准的两个轴线的距离X。

计算倾角δ，必须先计算16.9mm尺寸处两轴线偏心距离Y，由尺寸分析得Y=（3.1±0.2）mm（见图3）。

再由Y值计算出倾角δ

取δ=2.7°±12′，此角度即为加工零件的倾斜角。螺纹端面两轴线距离X=（65+50）× tan2.7°=5.7mm。取Y值精度，X=（5.7±0.2）mm（见图4）。

（2）设计专用夹具：为实现高效、高质量加工，设计一套R10mm圆柱面专用夹具。夹具由圆形夹具体、圆形轴向定位板和联接螺钉组成（见图5）。夹具体为安装零件用，夹具体上加工一螺纹孔M16，其轴线与夹具体回转中心（即R10mm圆柱面轴线）倾斜2.7°。两轴线最大偏心距为5.7mm。轴向定位板联接在夹具体端面，实现零件轴线定位。零件通过螺纹副拧紧于夹具体上，限制零件两个自由度，实现两点定位；轴向定位板限制零件轴向运动，实现一点定位；零件φ20mm圆柱面端面上R10mm圆柱面轴线中心孔与车床尾座上弹性顶尖接触，限制零件两个自由度，实现两点定位，共实现五点定位。

夹具体上螺纹孔轴线与回转中心倾角为2.7°，公差取零件公差的1/4，即为2.7°±3′；两轴最大偏心距5.7mm，公差取零件公差的1/4，即为（5.7±0.05）mm。

图3 计算16.9mm尺寸处两轴线偏心距离Y示意图

图4 计算螺纹端面两轴线距离X示意图

图5 夹具示意图1.轴向定位板 2.夹具体 3.零件 4.联接螺钉

图6 圆形夹具体加工螺孔示意图

如图6所示，夹具体在车床上加工外圆和上下表面，要求表面粗糙度值均在Ra=6.3µm以下。制作一个斜垫铁，倾斜角度为2.7°，上下表面进行研磨，保证表面粗糙度值在Ra=3.2µm以下，保证倾斜角度在2.7°公差范围内。使用时，将斜垫铁固定在钻床工作台上，圆形夹具体固定在斜垫铁上，钻头对准夹具体的中心，钻螺纹底孔，加工螺纹。

使用时将零件拧在夹具体上，车床自定心卡盘卡住夹具体外圆，一次找正后，夹具体不需拆卸，仅更换零件即可。加工时，车床主轴回转方向与零件螺纹拧紧方向相反，使切削力始终保证零件扭紧在夹具体上。

零件Ⅱ段是由直径20mm半圆柱面和半径10mm半圆柱面构成的组合圆柱面，其截面是椭圆形，如图1中A―A断面图所示，特制一种夹钳，其内口是与零A―A断面一样的椭圆形，零件加工结束，车床主轴停止转动，用簿铜皮缠到零件外表面上（铜皮防止零件表面划伤），夹钳夹住零件，主轴缓慢反转，卸下零件。