凸輪軸在數控車床上的裝夾方案研究

陳 益

（常州鐵道高等職業技術學校，江蘇 常州213011）

0 引言

內燃機是一種通過使燃料在機器內部燃燒，并將其放出的熱能直接轉換為動力的熱力發動機。凸輪軸是發動機里的一個部件，控制氣門的開啟和閉合動作，主要承受周期性的沖擊載荷。凸輪與挺柱之間的接觸應力很大，相對滑動速度也很高，其工作表面的磨損比較嚴重。因此凸輪軸軸頸表面除應有較高的尺寸精度、較小的表面粗糙度和足夠的剛度外，還應有較高的耐磨性和良好的潤滑性，其表面加工質量將直接決定內燃機的排放質量。因此，合理安排凸輪軸的加工工藝顯得尤為重要。本文著重于凸輪軸數車精加工工序，分析其在加工過程中的裝夾方案，以便高效、高質量地加工出合格的零件。

1 難點分析

凸輪軸是軸類零件，利用數控車床車削是必不可缺少的加工工序之一。凸輪軸在數控車床上加工所采用的裝夾方式一般為一夾一頂（即一卡盤夾緊一頂尖頂住）或一夾一中心架支撐。圖1為用于數控車床精加工的凸輪軸零件，由于該凸輪軸總長比較短，槽寬比較窄，利用刀架作為數控車床中心架移動的動力，中心架可移動的范圍小，只能位于法蘭或右端第一個凸輪上，因此合理選用夾具裝夾極為重要。

圖1 凸輪軸精車工序圖

2 裝夾方案分析

通過對凸輪軸的結構與工藝進行分析，若要在數控車床上兩次裝夾，保證加工精度，有兩種方案：一是采用前道工序加工出的基準面進行兩次裝夾，二是采用專用的夾具對凸輪軸進行安裝。

2.1 采用前道工序加工出的基準面進行兩次裝夾

前道工序在加工過程中也有兩種方案：（1）用臥式加工中心來加工，定位元件選用兩V型塊。工件上用兩V型塊組合定位，定位時定位面的直徑誤差要控制在0.1mm之內，鏜削或銑削加工兩法蘭外圓面及在兩端面上加工中心孔，這樣數車上加工時需要的所有定位基準面就全部加工出來了。（2）用外圓磨床去磨兩法蘭外圓面。在磨床上裝夾方式是采用兩頂尖孔定位，雖在磨床上裝夾兩次，但兩次定位基準都是兩頂尖孔，磨床上加工好后，兩頂尖孔和法蘭外圓面就是數車加工時的基準面。在臥式加工中心或外圓磨床上加工好的工件在數控車床上兩種裝夾方案均采用一夾一頂方式，其加工精度都可得到保證，但此方案僅適用于小批量的生產，且加工效率不高。

2.2 采用專用夾具進行兩次裝夾

采用專用的夾具裝夾，既能保證加工精度又能實現大批量的生產，其效率也較高。

2.2.1 專用夾具第一次裝夾凸輪軸

在數控車床上第一次裝夾先采用兩頂尖定位方式，加工所有的外圓面和各槽，然后在加工好的法蘭外圓面上支撐中心架，加工左端面和孔，加工位置如圖2所示。此處使用頂尖定位的卡盤是專用夾具，其頂尖起定位作用，3個卡爪起夾緊作用，各個卡爪夾緊行程可不相同，最多可差別5mm。專業夾具結構如圖3所示。

圖2 數車第一次裝夾加工工序

圖3 專用卡盤

2.2.2 專用夾具第二次裝夾凸輪軸

在數控車床上第二次裝夾先采用一夾一頂定位方式，卡盤是軟爪，夾持在第一次裝夾加工好的法蘭圓面上，頂尖頂在第一次裝夾在卡盤端的中心孔上，加工所有的外圓面和各槽，然后在加工好的法蘭外圓面上支撐中心架，加工端面和中心孔，加工位置如圖4所示，這樣數控車床上兩次裝夾過程中加工精度都得到了保證。

圖4 數車第二次裝夾加工工序

3 裝夾方案的確定

由于方案一需要增加一道工序去加工定位基準，而且凸輪生產線上的加工設備目前還不具備加工能力，因此決定采用方案二。方案二的專用夾具只需將原有的卡盤改裝就可使用。根據現有凸輪軸的結構對其卡爪夾持范圍和頂尖孔的位置進行改造，改造后效果如圖3所示。為保證裝夾進度，在專用卡盤裝上數控車床后，調節3個安裝螺栓，確保頂尖上的跳動在0.02mm之內，然后擰緊3只螺栓上的放松螺母。第二次裝夾的軟爪也要在裝夾之前確認其跳動在0.02mm之內，如超差也要對軟爪重新進行車鏜加工，確定其跳動在要求范圍之內。

4 結語

凸輪軸數控車削加工過程中裝夾方案的選擇是難點，此次通過對其結構的分析確定了合理的裝夾方案——專用夾具裝夾。選用該裝夾方案仍能保證定位基準的統一原則，確保凸輪軸在該工序中的加工質量；利用該夾具可以省去加工定位基準面的工序，只需對現有的夾具進行適當改造就行，大大提高了加工效率，節省了加工成本，且可以進行大批量的生產。

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