高精度表面車削加工與夾具設計

摘 要：文章針對加工表面高精度、批量大且外圓表面無法裝夾的鋼類零件，試研出一套合理高效的加工工藝，對裝夾進行一些特殊手段處理，設計出一組夾具，保證了零件在加工中達到圖紙要求。針對批量大的特點，在夾具的設計中，考慮了裝夾方便，夾具設計簡單有效，從而保證了高效率精確加工。

關鍵詞：高精度表面零件；簡化加工；夾具設計；批量生產

現實生產中，一些表面精度要求極高的零件，在批量生產加工中會遇到很多難點。如：裝夾問題、表面粗糙度問題、方便批量生產問題、合格率問題等。作者以外貿產品“重力輪”為例，對以上遇到的加工難點，通過一套合理高效的加工工藝來解決問題。

1 工藝安排（圖紙分析）

裝夾任意一邊，車削出端面，外圓留0.5cm余量，鉆孔，先車削內孔倒角（為防止先車削內孔，后倒角，從而產生毛刺，導致內孔誤差）。卸下零件，掉頭裝夾，車削出端面，外圓圓弧和部分留有余量外圓（倆邊外圓相接），車削內孔。以加工的內孔作為定位基準，車削外圓。

2 裝夾工藝分析

2.1 零件總體裝夾分析

如圖1，毛坯總長21cm，考慮車削過程中，刀具和卡爪安全距離，車削不可過多。為保證零件的裝夾安全，裝夾也不可以過少，所以選擇裝夾7cm較為合理。因為零件總長為18cm，為使倆邊外圓能接上，車削出零件長度10cm的外圓，用于掉頭反面加工裝夾時，可以程序多用，不用修改。外圓倆邊的相接，不會因為車削過后，還留有中間那一塊毛坯，使外圓加工更加麻煩。

2.2 裝夾零件時導致的平行度問題分析

一個只有21cm總長的毛坯，只能裝夾7cm長度來進行端面外圓車削。如何保證能使剩下的長度裝夾的好、穩、快，并能保證掉頭之后的平行度是個難點。需要大批量生產時，裝夾不好、不快，將會浪費大量時間。如果裝夾的不好，掉頭將很麻煩而無法保證平行度，導致生產出廢品。

2.3 解決裝夾和平行度問題

平行度指兩平面或者兩直線平行的程度，指一平面（邊）相對于另一平面（邊）平行的誤差最大允許值。平行度評價直線之間、平面之間或直線與平面之間的平行狀態。其中一個直線或平面是評價基準，而直線可以是被測樣品的直線部分或直線運動軌跡，平面可以是被測樣品的平面部分或運動軌跡形成的平面。

首先找一平面基準：什么位置最適合做基準呢？機床。而機床的平面也有倆個基準：水平的直線度和垂直面的直線度。針對這個問題，設計出了一個夾具：“靠山”。如圖2為機床卡盤位置部分圖形：

如圖4，將拉桿貫穿主軸和后備箱的套筒，后面裝上鍋蓋，主軸前面裝夾上靠山，進行左右固定，這樣可以保證靠山與主軸回轉軸垂直度。運用了垂直面的直線度。

并用于圖中的“螺母”，進行加固，使靠山更加穩固，不會在加工中突然松動。此時的靠山左部位，已和主軸回轉軸垂直，已經固定，但為了確保靠山左右部分平行度，還需要在靠山右部分端面車削上一刀，使右部分也與左部分平行。

靠山長度也很重要。卡抓總長50cm，裝夾的靠山，7cm用于夾零件，除去裝夾的卡盤孔配合表面，需要留有43cm長度，這樣可以方便大批量生產的零件。因為批量生產，合理的方式就是全部，或大量做完一邊，再做另一邊，有了靠山，也不需要對第二次刀，因為它已經將需要裝夾的長度固定了，這又使加工過程中更加輕松！

為保證毛坯能夠貼緊靠山，將零件裝夾好，手將零件夾緊，并在毛坯中間力度適中的敲打幾下。最后加力桿夾緊。這樣車削出來的外圓，與靠山平行，反面加工也與靠山平行，不但解決了裝夾的問題，使裝夾變的輕松，完美的解決了上述平行度的問題。

3 外圓要求光滑，外圓與內孔的圓跳動難點的解決

圓跳動是指被測要素繞基準軸線回轉一周是，由位置固定的指示器在給定方向上測得的最大與最小讀數之差。圓跳動公差是指被測要素在某一固定參考點繞基準軸線旋轉一周（零件和測量儀器件無軸向位移）時，指示器值所允許的最大變動量。圓跳動公差適用于被測要素任一不用測量位置。用符號“？坭”表示。

3.1 零件外圓，圓跳動問題

因為零件外圓要求光滑，不得有碰傷、刮痕、破口等缺陷！自然不能有夾痕，而且倆邊相接的外圓，也是無法讓其光滑，而且外圓與內孔圓跳動要求很高，導致產品不合格。

3.2 解決零件外圓，圓跳動問題

不能裝夾零件外圓表面，所以設計了雙夾具。

如圖5為夾具（1），單位cm：

將夾具（1）裝夾與三爪卡盤上，心軸螺紋與與夾具（1）螺紋裝配固定好，車削心軸外圓尺寸直徑15cm，這樣保證心軸與主軸回轉軸的同軸度。同時車削夾具（1）臺階面（右面直徑40cm，車削深進0.3左右cm），為防止心軸造成零件無法與臺階面完全接觸。

圖6為夾具（2），單位cm：

在將夾具（2）的右部分套在頂尖之上，然后移動頂尖使夾具體（2），靠上零件，操作尾座進行零件與夾具體（2）的完全接觸，并進行固定。此時的夾具（2），左部分直徑60部位也需回收0.3cm。

3.3 注意點

（1）夾具和零件的接觸面也不是也多越好，適當最好。所以回收0.3cm。（2）夾具和零件接觸面的部位，禁止倒角，倒角會一樣會產生毛刺，從而刮傷零件表面。應用圓弧。（3）心軸直徑15cm尺寸，這個尺寸不能過于太小，不然會使零件圓跳動過大，也不能過大，不然會使有些批量生產零件無法放入。（4）夾具（1）與心軸螺紋位置，一定要確保回車3cm。因為那也是一個表面，不但會影響車削外圓，更會影響零件同軸度。（5）進行最后的車削外圓，此時的尾部有頂尖以不能回過多的機床+Z坐標。

3.4 左右夾具和車削零件（如圖7）

4 關于粗糙度的解決

在車床加工過程中，由于切屑反離時的塑性變形、工藝系統的振動、刀具與已加工表面間的摩擦等因素的影響，使加工后的工件表面總會存在許多高低不平的微小峰谷。這些零件被加工表面上的微觀幾何形狀誤差稱為表面粗糙度。它影響到產品的工作可靠性和使用壽命。

4.1 影響的粗糙度因素

隨著現社會的進步，刀具“機夾刀”的誕生，它在批量生產上，占據優勢。要提高粗糙度，轉速影響很大，轉速的提高，會產生高溫，“機夾刀”它耐高溫。

面對高粗糙度要求的批量生產，背吃刀量和進給量對刀具硬度要求更高，更耐磨，減少換刀次數，“機夾刀”它夠硬，夠耐磨。

4.2 影響粗糙度的原因和解決方法

（1）機床轉速：切削轉速是影響刀具的重要參數之一。不同的直徑，需要的轉速都不一樣，造成的零件粗糙度也不一樣。轉速合適與否，我們可以從已加工排出的鐵屑顏色中看出：紫色：轉速和溫度過高，刀具已經無法承受，影響壽命。黃色：轉速和溫度最好，刀具很適合這種狀態下車削零件。白色：轉速太低，零件表面會產生明顯刀紋，影響零件粗糙度。（2）背吃刀量：一般指工件上已加工表面間和待加工表面的垂直距離。背吃刀量取值很重要，過大不但會產生高溫影響刀具壽命，還會影響零件粗糙度。過小會浪費很多加工時間，同樣會使粗糙度達不到要求。這也是加工中分粗加工和精加工的原因。（3）進給量：是指刀具在進給運動方向上相對工件的位移量。進給量過大，也會給零件表面產生明顯刀紋，影響粗糙度。進給量過小，會使已車削的鐵屑無法斷卻，纏繞在一起，使之刮傷零件，破壞零件表面。我們在加工中一定要尋找合適的進給量，避免造成零件不合格。

5 結束語

在日常數控加工生產中，我們總會碰到一些難點，要通過不斷學習、實踐，來解決這些難點，批量生產的工藝要點是高效率、高精度、裝夾方便、合格率高，而如何掌握這些要點是我們技術員永恒的主題。

參考文獻

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[2]余英良.數控機床加工技術[M].高等教育出版社，2009.

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