軸類工件軸頸加工工藝及加工工裝設(shè)計

王 春

（中國重汽集團大同齒輪有限公司， 山西 大同 037000）

引言

特殊行業(yè)對機械部件的強度和結(jié)構(gòu)的要求均非常嚴格。對于大直徑且尺寸較長的軸頸類工件，由于尺寸的特殊性導致在加工過程中極其容易變形。而且，對于某些導熱性較差的原材料，在一般加工工藝中會導致零件表面發(fā)熱量嚴重，從而導致加工刀具的磨損[1]。為保證軸頸類加工質(zhì)量可滿足實際應(yīng)用的需求，本文將著重對其加工工藝進行研究，并對其工裝進行設(shè)計。

1 軸頸工件的結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求

文中加工軸頸類工件所采用的原材料為鈦合金，其結(jié)構(gòu)尺寸如圖1 所示。

圖1 軸頸工件尺寸（單位：mm）

本次需加工軸頸工件的總長度為745 mm，大端面的直徑為609 mm，小端面的直徑為130 mm。小端面相對于圖中基準面A 和基準面B 的相對位置誤差不超過0.02 mm。根據(jù)該工件的應(yīng)用場所環(huán)境要求需對其進行噴丸強化處理。除此之外，對加工完成后的零件要求其為Ⅱ類鍛造件，需對工件進行超聲波檢查、腐蝕檢查以及熒光檢查等[2]。

2 軸頸工件加工工藝的設(shè)計

2.1 加工工藝的要求

根據(jù)待加工工件的特征制定加工工藝時可采取兩種不同的原則，即工序集中原則和工序分散原則。工序集中對應(yīng)工藝路線相對集中，加工效率高，而工序分散會增加工件的加工成本，對應(yīng)加工效率低。對于軸頸工件而言，該工件所要求加工精度高，采用工序分散原則對其進行反復(fù)裝夾不僅容易導致工件變形，而且還會增加每次裝夾時需反復(fù)對準的次數(shù)，從而降低加工效率[3]。因此，采用工序集中原則對軸頸工件進行加工。

2.2 加工工序的設(shè)計

一種產(chǎn)品的成型除了最基礎(chǔ)的機械加工外，還包括有熱處理工序、無損檢測工序以及其他性能的檢測工序等。對于軸頸這類容易變形的工件一般對其中的機械加工工序需通過粗加工、半精加工以及精加工三個階段。

鑒于軸頸工件的特殊性，對車加工、銑加工以及車銑加工相結(jié)合的工藝路線及對應(yīng)的設(shè)備能力進行綜合分析，最終確定軸頸工件加工的工藝路線如下所示：首先，對原料進行選擇，采用車床分別對軸頸工件的外型面和內(nèi)型面進行加工；第二步同樣采用車床對軸頸工件的外型面和內(nèi)型面進行粗加工；采用車床對軸頸工件的外型面和內(nèi)型面進行半精加工；根據(jù)加工要求精確對加工基準進行定位；采用車床對軸頸工件的外型面和內(nèi)型面進行精加工；采用銑刀對軸頸工件的端面進行加工；對工件表面進行鉆孔加工；采用銑刀對軸頸內(nèi)的花鍵進行加工。

除了機械加工工藝流程外，將其他熱處理工序、無損檢查工序以及其他性能檢查工序根據(jù)檢查要求穿插于機械加工工藝流程中，從而得到總的加工工序。

2.3 加工設(shè)備的選型

加工設(shè)備的性能在很大程度上決定最終所加工產(chǎn)品的質(zhì)量。對于軸頸工件車削操作可供選擇的設(shè)備包括有數(shù)控立式車床和數(shù)控臥式車床。但是，由于數(shù)控車床在實際加工時存在前后竄動的情況，導致所得產(chǎn)品的同軸度誤差較大[4]。因此，選擇數(shù)控立式車床完成其對應(yīng)的車削加工任務(wù)。所選數(shù)控立式車床的型號及參數(shù)如表1 所示。

表1 數(shù)控立式車床的型號及參數(shù)

軸頸工件除了車削加工外，還需進行銑削加工、噴丸強化等。其中，針對銑削加工的主要具體步驟包括有對軸頸斷面的銑削，對工件的孔進行倒圓操作等。結(jié)合軸頸工件采用工序集中加工的原則，為其配置五軸加工中心，其對應(yīng)的型號及參數(shù)如表2 所示。

表2 五軸加工中心型號及參數(shù)

3 軸頸加工工裝的設(shè)計

對應(yīng)工件加工可根據(jù)工裝夾具的不同分為通用夾具、專用夾具以及組合夾具。在實際加工過程中所選擇工裝夾具的合理性也對最終產(chǎn)品的質(zhì)量有顯著的影響。軸頸加工經(jīng)歷了粗加工、半精加工以及精加工。對于軸頸的粗加工過程可選擇精度較低的組合夾具，而對于半精加工和精加工階段為保證最終產(chǎn)品的質(zhì)量，需為其設(shè)計專用的夾具。

3.1 車床夾具工裝的設(shè)計

精加工是保證軸頸零件質(zhì)量的關(guān)鍵工序，本文著重對其對應(yīng)的工裝夾具進行設(shè)計。軸頸工件精加工包括有對內(nèi)型面和外型面的精加工[5]。針對軸頸內(nèi)型面精加工為其設(shè)計如圖2 所示的工裝夾具。針對軸頸外型面精加工為其設(shè)計的工裝夾具如圖3所示。

如圖2、圖3 所示，工裝夾具除了與待加工軸頸工件的外型形狀相類似外，還需保證夾具工裝能夠?qū)⒋庸ぐ氤善防喂坦潭ㄓ诩庸ぴO(shè)備上。而且，對半成品固定于數(shù)控立式車床上主要采用扭矩扳手為主，保證待加工零件能夠平衡、穩(wěn)定地固定于加工設(shè)備上。經(jīng)反復(fù)試驗得出：當預(yù)緊力為50 N·m 時，可保證待加工零件穩(wěn)定固定于車床上，并保證在加工過程中不會出現(xiàn)振刀的情況。

3.2 銑床夾具工裝的設(shè)計

圖2 軸頸內(nèi)型面精車削加工工裝夾具示意圖

圖3 軸頸外型面精加工工裝夾具示意圖

車削操作后，銑削操作同樣為關(guān)鍵工序，針對銑削操作中的銑加工、倒圓以及鉆孔等加工任務(wù)，為其設(shè)計如圖4 所示的夾具工裝結(jié)構(gòu)。

圖4 銑削加工對應(yīng)的夾具工裝結(jié)構(gòu)

4 結(jié)語

軸頸類工件在實際加工過程中由于其結(jié)構(gòu)的特殊性容易發(fā)生變形，或在車削、銑削等加工任務(wù)中產(chǎn)生大量的熱從而導致夾具刀具的磨損。為此，需根據(jù)待加工零件的結(jié)構(gòu)、技術(shù)等要求設(shè)計最佳加工工序。針對軸頸類工件加工，基于工序集中原則采用數(shù)控立式車床和五軸加工中心完成其基礎(chǔ)粗加工、半精加工以及精加工三個階段的加工任務(wù)，并根據(jù)質(zhì)量要求為其穿插檢查工藝。此外，還為軸頸類工件車削和銑削操作的半精加工和精加工設(shè)計專用夾具，保證在對最終產(chǎn)品加工時不會出現(xiàn)振刀現(xiàn)象。