橢圓軸裝配零件工藝設計與加工

楊旭，顏浩

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橢圓軸裝配零件工藝設計與加工

楊旭，顏浩

（成都工貿職業技術學院，四川 成都 611731）

橢圓軸裝配零件是數控車床常見的車削對象，此零件主要技術難度在于內外軸及螺紋配合和局部橢圓面車削加工，為解決內外螺紋配合要求、橢圓面車削，對零件進行合理加工工藝設計、確定裝夾方案、選擇刀具和切削用量，從而加工出合格零件，保證零件加工尺寸和質量，達到圖樣設計要求。

橢圓軸；配合零件；工藝設計

數控車床技能競賽、高級工及以上實際操作考核項目大都以組合零件進行鑒定考核，主要考核學員對零件加工工藝設計、加工參數和刀具的選擇與加工精度控制[1]。軸類組合零件也是數控車床生產中常見的加工對象，為了提高效率、保證加工質量，需要設計合理的加工工藝、裝夾方案、優化走刀路線及切削用量。研究工藝與夾具設計，保證高效加工，具有實際意義[2]。組合零件還包括薄壁套零件，加工容易變形，導致產品合格率低[3-4]。為使零件很好的配合，需把尺寸精確控制在公差范圍內，達到圖樣設計要求。

數控機床是為了解決復雜、精密、小批多變零件加工的自動化要求而產生，它可以完成像橢圓、雙曲線、拋物線等規則形曲面無法通用機床加工或難保證加工質量的部分[5]。

1 零件工藝分析設計及裝夾方式選擇

1.1 零件工藝分析

如圖1所示三件套組合零件，表面的形狀由內外圓柱面、內外錐度面、槽、內外螺紋和橢圓組成，材料為45鋼，毛坯為55 mm×240 mm棒料。零件形狀相對復雜精度高，在通用機床上很難保證加工精度。零件帶公差尺寸都在0.005 mm及以內，尺寸精度極高，表面粗糙度為3.2 μm。因公差值較小編程時不好處理，即取基本尺寸進行編程，尺寸標注完整，符合數控加工。根據實際情況，選擇配備Siemens 801數控系統的CK6140臥式車床進行零件加工。按照基軸制的原則，先加工件1、再加工件2和件3。

圖1 三件組合零件圖

件1左端加工：平端面→鉆中心孔→夾右端橢圓部分支出100 mm→車削外圓48×85 mm，留0.5 mm余量→車削外圓40×65 mm，留0.5 mm余量→車削外圓32×50 mm，留0.5 mm余量→M31×1.5外圓→設置精車速度→倒角C1.5→精車外圓M31×1.5→精車外圓32×50 mm→倒角C1→精車外圓40×65 mm→精車48×85 mm的外圓→切槽5×2 mm→車外螺紋M31×1.5。

件1右端加工：平端面，控制總長度140 mm→夾持32表面→車削外圓40×60 mm→倒角C1→換用30°偏刀→車削橢圓。

件2加工：平右端面→鉆孔→車臺階內孔→車外圓48→切斷→夾48外圓→平左端面→車內錐度。

件3加工：平右端面→鉆孔→車臺階內孔→車外圓48→車外錐度→切斷→夾48外圓→平左端面→倒角C1、C1.5→車內螺紋。

1.2 裝夾方式選擇

件1車削時采用三爪自定心卡盤一夾一頂方式裝夾。件2先采用一次性裝夾把能車削的表面車削完，再用開口套夾48外圓車內錐度。件3采用一次性裝夾把能車削的表面車削完，再用開口套夾48外圓車內螺紋。為保證已車工件外圓表面不被夾壞，且件2、件3都屬于薄壁零件，所以為了防止變形，需要增加接觸面積，使用自制開口套進行裝夾，如圖2所示。

圖2 開口套

2 刀具及切削用量確定

切削用量包括切削深度a、主軸轉速和進給速度。結合零件實際加工情況利用數控車床的操作面板上各種倍率開關隨時進行調整，實現切削用量合理配置。如表1所示。

3 零件加工關鍵技術及效果

3.1 關鍵技術

車削三角形內螺紋時內孔直徑會縮小，所以車削內螺紋前的孔徑要比內螺紋小徑略大些，可采用下列近似公式計算：

塑性金屬內螺紋底孔計算公式：

內螺紋牙深（直徑值）計算公式：

內螺紋零件采用手工編程加工比自動編程生成的程序要簡單的多[6]。因為內螺紋刀桿強度差，所以背吃刀量依次遞減且比外螺紋要更小，不然很容易打刀。根據公式可以算出內螺紋加工深度為1.6 mm，吃刀深度依次為1 mm、0.4 mm、0.1 mm、0.05 mm、0.05 mm、0 mm。

橢圓表達有兩種方式，即：

因圖上橢圓只有長半軸和短半軸，所以用標準方程進行編程。此方程為平面的方程，轉變成平面的方程和表達式分別為：

表1 數控加工刀具表

采用宏程序進行橢圓編程，車削出局部橢圓[7]，橢圓余量采用同心圓思路進行切除，而不是一次性切除，降低刀具背吃刀量。走刀路線如圖3所示。

采用宏程序進行橢圓編程加工，程序段少、結構簡明、通用性強、易修改且邏輯性強。為加工制造不同規制曲線提供可靠的技術支持。不同橢圓的加工只需在程序中改變基本參數即可完成。

圖3 走刀路線設計

3.2 零件加工結果

圖4為橢圓軸三件組合零件實物圖。選擇合理的工藝，采用開口套裝夾，減少工件變形小，表面質量無振動。通過檢測零件全部尺寸達到圖樣尺寸和技術要求。

圖4 橢圓軸三件組合零件圖

[1]劉軍. 數控車削深溝槽零件工藝設計與實踐[J]. 機床與液壓，2015，43（2）：42-43.

[2]吳霞，周太平. 數控加工中的工藝與夾具設計若干問題探討[J].煤礦機械，2010，31（2）：96-98.

[3]商濤，曾熹. 薄壁套加工夾具的設計及應用[J]. 機械工程師，2015（12）：279-280.

[4]肖利，孫朝海. 薄壁零件的車削加工技術研究[J]. 機床與液壓，2014，42（16）：27-30.

[5]王娟平. 回轉體零件的數控加工工藝性分析[J]. 機床與液壓，2011，39（22）：3，49-50.

[6]于世忠. 內螺紋零件數控手工編程加工實例分析[J]. 科協論壇（下半月），2013（12）：65-66.

[7]楊旭. 華中數控銑/加工中心宏程序編程實例[M]. 北京：國防工業出版社，2013.

Process Design and Machining of Elliptical Shaft Assembly Parts

YANG Xu，YAN Hao

( Industry and Trade Technical College of Chengdu, Chengdu 611731 , China )

The elliptical shaft assembly parts is a common turning object of CNC lathe.The main technical difficulty of this part is turning on the internal and external shaft, the thread matching and the local ellipse surface. In order to meet the requirements of the internal and external thread matching, the ellipse turning is made. The reasonable machining process design, the clamping scheme, the selection of tools and cutting parameters, so as to process qualified parts, guarantee the size and quality of parts processing, and meet the requirements of drawing design.

elliptical shaft；composite parts；process design

TG519.1

B

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.03.019

1006－0316 (2018) 03－0075－03

2017－09－01

楊旭（1985－），男，四川遂寧人，本科，講師、高級銑工、高級數控銑工，主要研究方向機械制造及數控編程加工。