數(shù)控機床加工鐵路車廂鏈軸方案

戴光群

摘 要：機械零件加工工藝編排一般都采用常規(guī)加工手段，但在一些特殊情況下，采用非常規(guī)手段加工零件，會收到意想不到的理想效果，筆者根據(jù)實際加工工藝設(shè)計環(huán)節(jié)中的一點體會，與同仁分享。

關(guān)鍵詞：階梯軸孔；非常規(guī)；加工工藝

學(xué)院校內(nèi)實訓(xùn)基地接收了一批外部委托加工任務(wù)，用于學(xué)生實訓(xùn)，任務(wù)的內(nèi)容是加工幾十萬件鐵路車廂鏈軸（如圖1所示），材料為Q235，零件為一階梯軸，結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，左右兩端為階梯，中間有一凹槽，兩端中心各有一個直徑8mm的孔，如此之大的加工數(shù)量，為了提高加工效率必定選用數(shù)控機床加工，經(jīng)過認(rèn)真分析擬采用如下加工方案：

圖1 鏈軸

將圓鋼毛坯用無齒鋸切成1200mm長若干段，零件長度30，切槽刀選用寬度為3mm，因此一件需要毛坯長度為33mm，將毛坯圓鋼從數(shù)控車床主軸外端插入，定位夾緊，先車削右端外圓，為減小機床振動，在數(shù)控機床的主軸孔內(nèi)安裝輔助支承。由于數(shù)控車床的刀架有4個刀位，因此刀具數(shù)量最多4把，加工外圓時采用刀尖角35度、主偏角為90度的外圓車刀，直接精車而成，為了減少裝夾次數(shù)、提高加工精度，零件左端采用切槽刀切槽，反偏刀從槽部下刀，注意適當(dāng)減小吃刀深度，外圓切削完成后，換切槽刀切斷，零件兩端直徑8mm的孔在數(shù)控機床不便完成，下面著重分析如何合理加工軸端孔。

軸端孔加工有多種方案：

（1）采用普通車床尾座分別安裝中心鉆、鉆頭鉆孔，這也是最通常的加工思路，能夠達到加工精度，但加工效率太差，根本無法滿足如此之大加工數(shù)量的進度要求。

（2）采用臺式鉆床加工，先用中心鉆鉆孔，然后再用鉆頭鉆孔，該方案不可行之處在于，該零件數(shù)量極大，裝卸零件不方便，鉆孔環(huán)節(jié)全部依靠手工來完成，工人勞動強度大，經(jīng)過實際操作測試，加工1個零件的兩個孔需要1分鐘。

（3）采用數(shù)控鉆銑床加工，在銑床工作臺上固定幾個三爪卡盤，并記錄卡中心坐標(biāo)，編制一程序?qū)ｉT用于加工軸孔，在實際加工中發(fā)現(xiàn)，必須先用中心鉆頭鉆引入孔，再用鉆頭鉆孔，否則，鉆出的孔即是偏斜的。

能不能有更好的辦法呢？既能高效地完成生產(chǎn)任務(wù)，提高效率，又能降低工人的勞動強度呢？為此，經(jīng)過教研室?guī)孜焕蠋煹纳钊胙芯浚偨Y(jié)出一套方案，供大家借鑒。

（4）打破常規(guī)做法，采用普通車床加工，所不同的是常規(guī)方案是將零件裝夾在卡盤上、鉆頭安裝在尾座上，用手工鉆孔；新方案（如圖2所示）是將鉆頭裝夾在卡盤上，零件安裝在刀架上的專用夾具上，采用車床的自動走刀結(jié)合快速走刀功能，實現(xiàn)鉆孔，拆卸零件時，只需運用機床快速走刀功能將零件遠離鉆頭，扳動扳桿，卸下零件、重新安裝零件后，可再次運用快速走刀功能將零件靠近鉆頭，然后采用自動走刀完成鉆孔，在鉆孔過程中冷卻液始終處于打開狀態(tài)，防止鉆頭燒損，車床主軸不用停轉(zhuǎn)。

圖2

實施新方案，專用夾具的設(shè)計是關(guān)鍵，保證零件精度是根本，提高效率是目標(biāo)，軸孔與階梯軸的同軸度是關(guān)鍵，零件在數(shù)控車床加工環(huán)節(jié)為一次裝夾，因此，各圓柱面的同軸度均符合要求，可運用零件Φ21軸徑定位，以保證孔的同軸度；為了固定專用夾具，可利用刀架的夾緊螺栓夾緊夾具，在專用夾具焊裝一塊長方體板，用于將夾具與機床刀架聯(lián)接固定；為了減少拆裝零件時間，夾緊機構(gòu)宜采用凸輪結(jié)構(gòu)，運用凸輪的死點夾緊工件，進一步提高效率，在夾具上設(shè)置壓縮彈簧，當(dāng)凸輪松開時，夾具夾口會自動張開，方便零件從專用夾具上取下；為了調(diào)整凸輪的死點位置、調(diào)整凸輪的夾緊力，在凸輪拉緊螺栓的下方裝有高強度調(diào)整螺母。

安裝專用夾具時需要以下幾方面自由度：

（1）夾具中心與車床主軸的中心高度差，可用高度尺多次測量、加上調(diào)整墊片進行調(diào)整；

（2）夾具中心線與車床主軸中心線是否存在夾角，可在夾具上固定一特制心軸，用百分表測量心軸上下方向是否與機床導(dǎo)軌平行，前后方向是否與機床導(dǎo)軌平行；

（3）夾具中心點是否在主軸中心線上，可通過車床小溜板前后移動逐步調(diào)整，直至其誤差在允許范圍之內(nèi)，經(jīng)實際加工，零件的精度一旦符合要求，應(yīng)盡快固定車床小溜板，使之不能前后移動，并記錄手柄刻度，以便于今后調(diào)整精度。

該方案的缺點是夾具加工精度要求較高，調(diào)整時需要耐心，多個自由度需要同時調(diào)整，有一定難度，普通車床耗電量比臺式鉆床大。在條件允許的前提下，我們還可以考慮采用已沖孔的沖壓件作為毛坯，這樣加工效率會更高一些，但設(shè)備的投入也會相應(yīng)提高。

經(jīng)過實踐檢驗，該方案優(yōu)點是加工效率極高，加工一個零件的兩個孔只需要半分鐘，比其它方案提高效率一倍以上，勞動強度低，鉆孔環(huán)節(jié)全部由機床自動進給系統(tǒng)完成。該設(shè)計方案表明，機械設(shè)計工作者應(yīng)當(dāng)打破陳規(guī)，開拓思路，在常規(guī)設(shè)備上可以采用非常規(guī)加工手段，可能會收到意想不到的效果。只要我們不斷思考，不斷創(chuàng)新，相信我國的機械制造業(yè)終究會走在世界的前列。