特型柱銷加工工藝研究

■沈陽工學院 （遼寧 110005） 李銀玉 吳 敬

特型柱銷加工工藝研究

■沈陽工學院 （遼寧 110005） 李銀玉 吳 敬

通過分析要加工的零件尺寸，認為加工難點在于由直徑20mm半圓柱面和半徑10mm半圓柱面構成的組合圓柱面，為此擬定了可行的加工方案，設計了簡易的夾具，在車床上完成加工，保證了加工質量和加工效率。

1. 特型柱銷零件結構

在某礦山設備上的機械行走部分中，有2個特型柱銷（見圖1），材質為45鋼。該柱銷在設備中起定位和鎖緊作用，其加工質量影響設備的裝配精度和使用可靠性。該零件屬于批量生產，既要求嚴格的加工質量，又要保證生產效率。為此認真研究加工工藝，設計簡單可靠的專用夾具，保證了該零件的順利加工。

2. 特型柱銷零件尺寸及特征分析

該特型柱銷是一個回轉零件，Ⅰ段是M16外螺紋，Ⅱ段不是一段圓錐面，而是由直徑20mm半圓柱面和半徑10mm半圓柱面構成的組合圓柱面，半徑10mm圓柱面軸線和直徑20mm圓柱面軸線呈一定角度，中間過渡段直徑140-0.110m m，重點尺寸是16.90-0.070mm和65+0.1000mm，而加工精度等級并不高，表面粗糙度值均在Ra=6.3μm，該零件加工難點是R10mm的圓柱面。

回轉體一般在車床上加工，而R10mm圓柱面的軸線是傾斜的，不在回轉中心上，所以加工中要采取措施，使R10mm圓柱面的軸線與車床回轉中心重合。為此要擬定合理的加工工藝，設計簡單可靠的工裝夾具。

3. 加工工藝方案擬定

根據該零件的關鍵加工部位是R10mm圓柱面的特點，擬定加工方案為：①下料，采用圓柱棒料。②加工Ⅰ段外螺紋部分。③加工過渡段直徑14mm和直徑20mm圓柱面，保證各段長度尺寸，保證總長120mm。④設計簡單可靠的工裝夾具，加工R10mm圓柱面。

加工R10mm圓柱面，以外螺紋為定位基準，通過車床自定心卡盤定位及夾緊。尾座頂尖支撐R10mm圓柱面軸心（R10mm圓柱面軸心和φ20mm圓柱面軸心在零件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和長度65+0.1000mm（見圖2）。

4. 專用夾具的設計

圖1 特型柱銷零件示意圖

圖2 零件通過自定心卡盤和頂尖定位示意圖

（1）選擇零件定位基準：特型柱銷R10mm圓柱面的設計基準是其軸線和50mm處的臺階面，而該零件的定位基準應是φ20mm圓柱面的軸線，加工R10mm圓柱面必須使其軸線與車床回轉中心重合，為此必須確定R10mm圓柱面軸線與φ20mm圓柱面軸線所夾的傾角δ和以Ⅰ段螺紋端面為基準的兩個軸線的距離X。

計算傾角δ，必須先計算16.9mm尺寸處兩軸線偏心距離Y，由尺寸分析得Y=（3.1±0.2）mm（見圖3）。

再由Y值計算出傾角δ

取δ=2.7°±12′，此角度即為加工零件的傾斜角。螺紋端面兩軸線距離X=（65+50）× tan2.7°=5.7mm。取Y值精度，X=（5.7±0.2）mm（見圖4）。

（2）設計專用夾具：為實現高效、高質量加工，設計一套R10mm圓柱面專用夾具。夾具由圓形夾具體、圓形軸向定位板和聯接螺釘組成（見圖5）。夾具體為安裝零件用，夾具體上加工一螺紋孔M16，其軸線與夾具體回轉中心（即R10mm圓柱面軸線）傾斜2.7°。兩軸線最大偏心距為5.7mm。軸向定位板聯接在夾具體端面，實現零件軸線定位。零件通過螺紋副擰緊于夾具體上，限制零件兩個自由度，實現兩點定位；軸向定位板限制零件軸向運動，實現一點定位；零件φ20mm圓柱面端面上R10mm圓柱面軸線中心孔與車床尾座上彈性頂尖接觸，限制零件兩個自由度，實現兩點定位，共實現五點定位。

夾具體上螺紋孔軸線與回轉中心傾角為2.7°，公差取零件公差的1/4，即為2.7°±3′；兩軸最大偏心距5.7mm，公差取零件公差的1/4，即為（5.7±0.05）mm。

圖3 計算16.9mm尺寸處兩軸線偏心距離Y示意圖

圖4 計算螺紋端面兩軸線距離X示意圖

圖5 夾具示意圖1.軸向定位板 2.夾具體 3.零件 4.聯接螺釘

圖6 圓形夾具體加工螺孔示意圖

如圖6所示，夾具體在車床上加工外圓和上下表面，要求表面粗糙度值均在Ra=6.3μm以下。制作一個斜墊鐵，傾斜角度為2.7°，上下表面進行研磨，保證表面粗糙度值在Ra=3.2μm以下，保證傾斜角度在2.7°公差范圍內。使用時，將斜墊鐵固定在鉆床工作臺上，圓形夾具體固定在斜墊鐵上，鉆頭對準夾具體的中心，鉆螺紋底孔，加工螺紋。

使用時將零件擰在夾具體上，車床自定心卡盤卡住夾具體外圓，一次找正后，夾具體不需拆卸，僅更換零件即可。加工時，車床主軸回轉方向與零件螺紋擰緊方向相反，使切削力始終保證零件扭緊在夾具體上。

零件Ⅱ段是由直徑20mm半圓柱面和半徑10mm半圓柱面構成的組合圓柱面，其截面是橢圓形，如圖1中A―A斷面圖所示，特制一種夾鉗，其內口是與零A―A斷面一樣的橢圓形，零件加工結束，車床主軸停止轉動，用簿銅皮纏到零件外表面上（銅皮防止零件表面劃傷），夾鉗夾住零件，主軸緩慢反轉，卸下零件。

5. 結語

結合零件特點，安排合理的加工工藝，設計簡單可靠的夾具，保證了加工質量和生產效率。

[1] 王先逵. 機械制造工藝學 [M]. 北京：機械工業出版社，2006.

[2] 徐學林. 互換性與測量技術基礎[M]. 長沙：湖南大學出版社，2007.

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