数控车床加工中空叉架轴工艺及工装夹具设计

2015-07-19翟佳彬宁波海天精工股份有限公司浙江宁波315000

中国新技术新产品 2015年24期

翟佳彬（宁波海天精工股份有限公司，浙江宁波 315000）

翟佳彬
（宁波海天精工股份有限公司，浙江宁波 315000）

中空叉架轴是航空航天、汽车制造、工程机械领域的一种典型零件，其结构复杂不易装夹，轴颈往往与内孔有较高的同轴度要求，以传统加工工艺车削轴颈及内孔时，加工效率低，精度不易保证且由于毛坯较为昂贵，切削余量小，成品合格率也较低。本文就以上问题介绍一种可在数控车床上一次装夹车削中空叉架轴轴颈及内孔的工艺方法及工装夹具设计。

中空叉架轴；车削；工艺；工装夹具

一、中空叉架轴结构介绍

图1 中空叉架轴结构简图

图2 SMW卡盘、油缸、拉管、拉杆装配简图

图3 卡爪与轴颈外圆车削时的专用顶尖

中空叉架轴为动力传输件，由头部、过渡段、轴颈、叉架段、开口、内孔及小通孔等部分组成（图1）。其中头部多为矩形，轴颈表面光洁度要求为1.6，加工等级多为IT6级，内孔表面光洁度也为1.6，加工精度多为IT7～IT6级，且与轴颈有0.020mm的同轴度要求。长度范围多在500mm～1000mm。为保证强度，材料多为锻钢或钛合金件，毛坯较为昂贵，所以切削余量较小。

二、传统加工方法及其弊端

1 此件矩形头部四表面为锻造表面，同批次毛坯间存在0.5mm～1mm尺寸误差。以四爪卡盘夹持头部时，由于卡盘四爪联动，四个卡爪行程完全相等，意味着装夹下一个毛坯时，需要测量其头部尺寸相对上一件的尺寸误差，人工调整卡爪相对于卡盘底爪的位置。若误差与底爪梳齿间距的倍数相差较大时，还需更换卡爪。装夹前的准备工作量巨大，效率极低。由于毛坯切削余量小，此步骤若存在误差，极易导致其后工序加工余量不足造成零件报废。

2 车削轴颈外圆时，由于叉架段开口的存在，无法使用尾座顶尖给予尾端支撑，工件下垂。若主轴转速较高则极易发振，无法满足精度要求，使用较低的主轴转速加工又不易保证表面光洁度要求并且加工效率较低。

3 车削内孔时，同样存在工件的下垂，同时由于叉架段刚性较差，在重力及离心力的作用下，叉架开口会以一定的频率开合，造成零件振动。

三、加工方法的改进及工装夹具的设计

1 选用SMW -TPT系列四爪液压卡盘、 SMW-DEC系列双活塞旋转油缸，通过拉杆和拉管联接（图2），由脚踏开关通过液压油路控制，可实现卡爪2+2两两联动，相当于两套两爪卡盘同轴且互不干扰。如图3所示，装夹工件时，首先卡爪1与卡爪3同时运动，夹住工件，将工件在上下方向上粗定心。然后卡爪2与卡爪4同时运动，夹住工件，此时卸去卡爪1与卡爪3的液压力，使工件在左右方向上粗定心。反复以上动作2～3次，工件可实现较为准确的定心，保证了切削余量在各方向的平均分配，杜绝了后续工序加工余量不足造成的零件报废，同时也保证了四个卡爪全部有效地夹紧工件。另外，每个卡爪上还各带卡爪垫2件，只需更换厚度不同的垫就可装夹不同尺寸的矩形头部，也可根据毛坯的材料或硬度改换相应的卡爪垫（如黄铜垫、钢垫、淬硬钢垫等）。

图4 内孔车削时中心架的应用与叉架开口的固定

2 车削轴颈外圆时，机床尾座可安装专用双头顶尖（图3），此顶尖通过锥柄装于尾座主轴中，端部两个顶尖头插入工件上预钻好的顶尖孔，两顶尖头轴线距离公差为0.005mm。通过双头顶尖的支撑，解决了工件下垂的问题，机床主轴可以以较高的速度运行，在满足轴颈外圆的加工精度和表面光洁度的同时还有效提高了加工效率。

3 如图4所示，车削内孔时，撤回双头顶尖，利用已车削完毕的轴颈外圆增加自定心中心架来防止工件的下垂。在叉架开口处放入套筒，用长螺杆穿过弹簧垫圈、工件本身的小通孔和套筒，另一侧用双螺母紧固并防松，叉架开口被固定为封闭框式结构，完全消除了叉架开口的开合造成的振动。下垂与振动消除，意味着可以以较高的主轴转速和进给速度切削，提高加工效率的同时也能比较容易得到所需表面光洁度。由于内孔加工实际是通过中心架以轴颈外圆为基准，成品内孔与轴颈外圆的同轴度完全满足0.020mm的要求。