车削中心加工偏心孔工艺方法

徐伟

中车青岛四方车辆研究所有限公司 山东青岛 266031

1 序言

对于常规车削加工而言，当工件具有偏心孔或偏心结构时，需通过设计专用工装夹具、多次装夹方可完成车削过程。如工件精度要求较高，采用这种方法则会造成较高的废品率，甚至使得车削加工变得不可行。若采用多轴车削中心加工，通过编程，科学地利用不同的旋转中心轴和各动力座，则可使工件加工精度得到可靠保障。下面以某型减振器零件为例，介绍需要实施车削、铣削和钻削的复杂件的加工工艺。

2 传统工艺加工底阀座零件存在的问题

底阀座是某型减振器的一个重要部件，其加工图样如图1所示，几何精度要求较高，尤其是各偏心孔的位置精度要求较高。采用传统工艺加工时，需先加工外圆，再在立式加工中心上进行各偏心孔的加工，虽然一次装夹能够全部完成，但存在以下问题：①偏心孔距尺寸精度高，需重复定位精度高的夹具。②端面槽加工需定制专用刀具，成本较高，且订制周期长。③内孔及倒角的加工所使用的刀具多，编程繁琐，生产效率较低。使用大型立式加工中心加工时，批量加工效率低，生产成本高。

图1 底阀座加工图样

为保证加工精度，尤其是为了满足端面槽表面粗糙度值Ra0.8μm及各孔尺寸精度，决定改为采用车削加工中心，一次装夹完成全部加工工序，以提高加工效率、降低生产成本。

3 加工设备能力分析

根据加工要求，选择LBR-370M数控车削中心完成零件的加工。该设备带有主轴侧面、端面钻铣动力装置和主轴定位C轴。零件一次装夹除完成车削外，还可在工件轴向或径向进行钻削、铣削及攻螺纹的复合加工，加工精度、效率较高。

LBR-370M数控车削中心采用OSP-E100L数控系统[1]，主轴转速50～4500r/min，自动2挡变速。X轴/Z轴重复定位精度0.0015mm，最小脉冲0.001mm；C轴重复定位精度0.007°，最小脉冲0.001°；回转刀架刀具12把，动力刀具12把；液压卡盘重复定心精度0.007mm。

根据机床精度参数和功能特点，将零件外圆中心与车床回转中心偏移6.5mm，加工φ21+0.05mm孔的

+0中心自然与工件外圆中心偏心6.5mm，达到通过车削完成偏心孔加工的目的。工件装夹如图2所示。然后通过车削中心精确定位分度的C轴功能，完成2个φ11mm孔的加工，达到一次装夹完成各偏心孔加工的目的。

图2 工件装夹示意

4 零件加工难点与工艺方案

从理论角度看，能够在数控车削中心上通过一次装夹完成全部偏心孔的加工，但因偏心孔距（6.5±0.05）mm以及2个φ11mm孔位置具有极高的精度要求，所以如何使工件在数控车削中心中的装夹具有足够的定位精度，是解决偏心孔加工的关键。为此，采取如下工艺方案。

（1）制作专用偏心卡爪 先在液压卡盘上安装一副软卡爪，在回转刀架上安装端面钻铣动力刀座，用动力刀座的弹簧夹套装夹1把微调镗刀（可调整尺寸），将液压卡盘在C轴圆周定位在0°并锁紧，在－X轴上精确偏心6.5mm，镗液压卡盘软卡爪的内爪面，加工至软卡爪夹紧φ43mm外圆的可调范围内即可。这样就加工出了一副夹持零件外圆中心与车床回转中心偏移6.5mm的偏心卡爪（见图2）。

（2）定位误差分析 液压卡盘卡爪的联接方式是精密齿条联接，重复定位精度高，经过反复安装测量，软卡爪重复装夹定位误差在0.02mm以内。另外，机床X轴定位精度0.001mm，液压卡盘定心精度0.007mm，C轴圆周定位精度0.001°，累积误差非常小，偏心距（6.5±0.05）mm位置精度能够保证。

（3）确定2个φ11mm孔的加工位置 由于φ21mm孔中心偏离工件外圆中心6.5mm，因此2个φ11mm孔的中心位置分别在C轴的－24.85°和+24.85°与φ21mm孔中心同心圆φ42.32mm的交点上。同样，2个φ11mm孔的定位尺寸精度也能够保证。图3为加工2个φ11mm孔位置尺寸。

图3 加工2个φ11mm孔位置尺寸

采用专用偏心卡爪的加工精度得到确认后，编制如下加工工艺路线。

1）按图样精加工各外圆和长度尺寸。

2）换装偏心卡爪，夹φ43mm外圆，φ18mm钻头在X0位置钻孔。

3）用反内孔刀加工φ21+0.05+0mm各孔并倒角。

4）用小内孔刀加工45°端面槽及倒角，控制表面粗糙度值Ra0.8μm。

5）用动力刀座f10mm钻头在X42.32mm位置，程序控制C轴分别定位－24.85°和+24.85°，钻深15mm。

6）用f11mm立铣刀加工2个f11mm孔深15.5mm至f4mm凸台面。

7）用专用f11mm键槽立铣刀（中心有f4mm孔）加工f4mm凸台。

8）可调镗刀杆装专用镗刀，精加工凸台f4-0-0.1mm并倒角。

9）用定心钻加工2个f11mm孔口倒角，防止攻M12×1mm螺纹时翻边。

10）用M12×1mm丝锥攻螺纹深10mm。

5 工艺成果

上述工艺方案充分利用了数控车削中心C轴定位精度高、可进行复合加工等功能特点，批量加工出的零件偏心孔尺寸精度和表面粗糙度完全合格；零件装夹快捷，加工质量稳定，生产效率得到较大提高。经统计，首批100件的合格率由传统加工方法的不足70%提高到了99%，且加工效率提高了300%以上。证明工艺创新获得了较高的应用成果，也为类似结构零件的加工提供了借鉴。

加工过程中还获得了如下操作经验。

1）主轴旋转过程中，在偏心力的作用下，转速过高容易引起机床振动，影响加工质量。对主轴转速限制在2500r/min以下，由于零件偏心距小，所以没有做平衡处理。如果偏心距较大，加工之前对液压卡盘须做平衡处理，以确保加工质量和设备安全。

2）每次拆装液压卡盘卡爪应清洗干净，以免影响定位精度，并调整液压卡爪压力，使压力均衡。

3）对偏心卡爪背面精密齿条的安装位置做出记号，避免下次装错。

6 结束语

本次工艺创新经批量加工达到了预期效果，大幅提高了零件加工的合格率，提高了工作效率和设备综合利用率，通过了单位工艺技术管理部门组织的革新成果鉴定。该工艺创新成果为相似工件的高效加工提供了借鉴，具有推广应用价值。