細(xì)長(zhǎng)軸多角位鍵槽加工夾具設(shè)計(jì)

細(xì)長(zhǎng)軸多角位鍵槽加工夾具設(shè)計(jì)

在產(chǎn)品加工過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到一些細(xì)長(zhǎng)軸類零件，根據(jù)設(shè)計(jì)要求加工多個(gè)鍵槽，這些鍵槽尺寸、幾何公差要求較嚴(yán)，各鍵槽間、鍵槽與定位基準(zhǔn)孔間有著較嚴(yán)的角位要求，用普通的劃線方法難以保證。同時(shí)細(xì)長(zhǎng)軸類零件剛性差，裝夾后零件易變形，裝夾困難， 在分度頭上無(wú)法裝夾，由于分度頭也存在一定的定位及傳動(dòng)間隙，對(duì)于一些精度較高的零件，難以保證加工要求。通常此類零件加工需要在一些專用數(shù)控機(jī)床上加工，在批量不大的情況下，專門購(gòu)買設(shè)備加工會(huì)使加工成本提高，經(jīng)濟(jì)效益降低。為此，通過(guò)設(shè)計(jì)應(yīng)用專用夾具，可在普通銑床上實(shí)現(xiàn)此類零件的加工，降低制造成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

零件技術(shù)難點(diǎn)分析

以某柴油機(jī)凸輪軸為例，該零件總長(zhǎng)為2 452mm，直徑為125m5， 長(zhǎng)徑比達(dá)到19.6，屬細(xì)長(zhǎng)軸類零件。零件要求在外圓上加工6個(gè)鍵槽，鍵槽寬度尺寸為32p9，鍵槽間存在一定夾角，各鍵槽間角度偏差要求不大于±15′，并與裝配基準(zhǔn)孔φ 10H7的角度偏差不大于±15′，相對(duì)于凸輪軸外圓的對(duì)稱度不大于0.03mm。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1　某柴油機(jī)凸輪軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

由以上結(jié)構(gòu)分析可知該零件鍵槽加工過(guò)程中存在以下技術(shù)難點(diǎn)：①鍵槽間的角度偏差±15′及與裝配基準(zhǔn)孔φ 10H7的角度偏差不大于±15′要求較高，利用一般的對(duì)線、分度頭等加工方法難以保證。②鍵槽相對(duì)于凸輪軸外圓的對(duì)稱度不大于0.03mm，由于零件屬細(xì)長(zhǎng)軸，剛性裝夾過(guò)程存在裝夾變形，難以保證。

通過(guò)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和加工工藝方案研究，結(jié)合加工設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了角位分度夾具、零件定位夾具和對(duì)刀塊等夾具，保證了零件的技術(shù)要求。

夾具設(shè)計(jì)

角位分度夾具。為了保證零件鍵槽間及與裝配基準(zhǔn)孔φ 10H7的角度偏差，設(shè)計(jì)的角位分度夾具，結(jié)構(gòu)如圖2所示。該工裝通過(guò)菱形定位銷，以零件的一端定位凸臺(tái)及裝配基準(zhǔn)孔φ 10H7為基準(zhǔn)定位，根據(jù)零件的角度，設(shè)計(jì)了銑鍵槽的六方分度盤，分度盤各六方面間角度為60°±2′，在加工零件鍵槽過(guò)程中，通過(guò)螺栓、墊圈和螺母將零件與六方分度盤緊固在一起，機(jī)床主軸始終保持水平不動(dòng)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)找正六方分度盤上的六個(gè)平面在水平方向跳度不大于0.03mm，保證零件的旋轉(zhuǎn)定位，從而保證各鍵槽間的角度公差要求。

圖2　角位分度夾具

1.六方分度盤 2.螺栓 3.墊圈 4.螺母 5.菱形定位銷

定位夾具（見(jiàn)圖3）。由于該零件為細(xì)長(zhǎng)軸，剛性較差，零件由于自重易發(fā)生自然彎曲，影響鍵槽加工精度。為此設(shè)計(jì)了V形塊來(lái)解決該問(wèn)題。在零件加工過(guò)程中根據(jù)零件長(zhǎng)度選擇合理的V形塊的數(shù)量，加工時(shí)通過(guò)找正樣棒，先將V形塊中心找正在一條直線上，使各V形塊中心偏差不大于0.015mm，找正后壓緊V形塊。然后再將零件裝夾到V形塊上，通過(guò)壓板壓緊零件，實(shí)現(xiàn)零件的裝夾。

圖3　定位夾具

1.壓板 2.樣棒 3.V形塊

銑鍵槽對(duì)刀塊（見(jiàn)圖4）。在零件加工過(guò)程中，為了提高加工效率，降低加工難度，設(shè)計(jì)了銑鍵槽對(duì)刀塊，保證鍵槽的對(duì)稱度要求。加工過(guò)程中將兩個(gè)鉸接在一起的V形塊裝夾在零件外圓上，找平對(duì)刀面后，將鍵槽銑刀裝入主軸，通過(guò)塞尺校驗(yàn)，保證鍵槽銑刀中心與對(duì)刀槽中心重合偏差不大于0.01mm，從而保證加工出的鍵槽對(duì)稱度偏差滿足設(shè)計(jì)要求。

圖4　銑鍵槽對(duì)刀塊

加工方法

在加工過(guò)程中，首先找正定位夾具的各V形塊中心，偏差不大于0.015mm。壓緊V形塊后，裝夾零件，檢查零件側(cè)母線，確保零件未發(fā)生彎曲變形。利用銑鍵槽對(duì)刀塊調(diào)整機(jī)床主軸使之與φ 125m5外圓軸線同心。然后將分度夾具裝夾在零件法蘭盤端，并用零件的φ 65h6及φ 10H7銷孔定位， 找平六方分度盤上的平面，要求100mm內(nèi)跳動(dòng)差不大于0.05mm，壓緊零件后銑鍵槽（見(jiàn)圖1，6個(gè)鍵槽自左至右依次排序①～⑥）①、②，松開(kāi)零件，工件旋轉(zhuǎn)60°，找平六方分度盤，壓緊零件，對(duì)正機(jī)床主軸與零件主軸后，銑鍵槽④，隨后按以上步驟依次加工鍵槽③⑤⑥。按以上加工步驟加工完零件后，經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)零件完全滿足設(shè)計(jì)要求。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)設(shè)計(jì)、應(yīng)用專用的工裝夾具，可在普通鍵槽銑床上實(shí)現(xiàn)大型細(xì)長(zhǎng)軸零件多角位鍵槽的精密加工，在保證零件加工精度的前提下，節(jié)約生產(chǎn)成本，提高加工效率。應(yīng)用前景較好，可推廣。

銑刀在汽車行業(yè)竟然可以這么用…

銑刀在汽車行業(yè)竟然可以這么用……

現(xiàn)代汽車工業(yè)中，平面銑削應(yīng)用極為普遍。為適應(yīng)汽車工業(yè)的需要，工具制造廠商也推出了銑削鑄鐵及其它材料的銑刀和刀片系列。這些刀具、刀片使得加工效率和零件表面質(zhì)量都得到大幅度的提高。

其實(shí)銑刀只是一個(gè)籠統(tǒng)的叫法，它的分類有很多，比如面銑刀、立銑刀等等。下面幾篇文章簡(jiǎn)單介紹一下銑刀如何在汽車制造中發(fā)揮作用的。

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淺談汽車轉(zhuǎn)向節(jié)敏捷柔性生產(chǎn)線

汽車轉(zhuǎn)向節(jié)敏捷柔性生產(chǎn)線是一條全新理念下的生產(chǎn)線，生產(chǎn)線的柔性化可更好地適應(yīng)不同產(chǎn)品品種和批量的需求。企業(yè)根據(jù)其自身的生產(chǎn)情況建立合適的敏捷柔性生產(chǎn)線，可提高生產(chǎn)效率，更快地適應(yīng)市場(chǎng)需求。

轉(zhuǎn)向節(jié)作為汽車前橋缺之不可的關(guān)鍵零件，除了機(jī)械性能要求高、外形異型外，尺寸精度和位置精度亦有一定要求。由于汽車市場(chǎng)需求多樣化的不確定性，要求生產(chǎn)系統(tǒng)具備在品種上能迅速而經(jīng)濟(jì)地由一種產(chǎn)品轉(zhuǎn)為另一產(chǎn)品的能力，又要在產(chǎn)量上有一定的柔性。根據(jù)對(duì)汽車轉(zhuǎn)向節(jié)多品種、變批量的市場(chǎng)需求，我公司建立了一條多品種汽車轉(zhuǎn)向節(jié)敏捷、柔性生產(chǎn)線。

被加工產(chǎn)品和工序

1．該生產(chǎn)線加工4個(gè)品種（組）轉(zhuǎn)向節(jié)，每組分左、右各1件，共8個(gè)零件，單組生產(chǎn)節(jié)拍T=7.2min/件。

2．轉(zhuǎn)向節(jié)材料為QT450-10，屬異型零件，如圖1所示，加工部位主要為主軸承孔及多個(gè)臂平面、孔系。

生產(chǎn)線主要特點(diǎn)

從表中可以看出生產(chǎn)線設(shè)備簡(jiǎn)單，生產(chǎn)工序極大簡(jiǎn)化，主要特點(diǎn)有：

1．生產(chǎn)線敏捷柔性化

此條生產(chǎn)線由6組，即6個(gè)生產(chǎn)單元構(gòu)成。每個(gè)單元由2臺(tái)立式加工中心組成，每組可單獨(dú)形成生產(chǎn)能力。6組可根據(jù)市場(chǎng)需求變換生產(chǎn)不同品種或全一品種的轉(zhuǎn)向節(jié)，柔性化好，更換產(chǎn)品迅速而經(jīng)濟(jì)。生產(chǎn)線由模塊化設(shè)備組成，可以實(shí)現(xiàn)“一次規(guī)劃，分步實(shí)施，滾動(dòng)發(fā)展”的指導(dǎo)方針。

2．工序集中，數(shù)控單機(jī)自動(dòng)化程度高

一個(gè)加工工序較為復(fù)雜的轉(zhuǎn)向節(jié)從毛坯到成品僅通過(guò)兩道工序來(lái)完成，見(jiàn)表。工序集中可以使柔性加工設(shè)備顯現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)。

由于每道工序中工件經(jīng)兩次安裝后便可完成全部加工內(nèi)容，數(shù)控系統(tǒng)能夠自動(dòng)選擇、更換刀具，自動(dòng)改變主軸轉(zhuǎn)速和刀具進(jìn)給量等，根據(jù)已設(shè)定的程序?qū)ぜ煌课贿M(jìn)行銑、鉆、鏜、鉸和攻絲等加工，自動(dòng)化程度高，極大地提高了生產(chǎn)效率。

3．設(shè)備簡(jiǎn)單化、精度高

生產(chǎn)線采用同一型號(hào)立式加工中心組成，使用、維修方便，互換、互補(bǔ)性強(qiáng)，定位精度、重復(fù)定位精度高，對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)孔及端面粗糙度1.6mm、H7精度及位置精度等要求均能夠達(dá)到，保證了轉(zhuǎn)向節(jié)加工質(zhì)量及穩(wěn)定性。

4．工藝優(yōu)化和嘗試

工藝方案的制定要根據(jù)選用設(shè)備、刀具及夾具各自的特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)研并加以優(yōu)化，在立式加工中心上用組合加工代替?zhèn)鹘y(tǒng)的車削加工，以復(fù)合工序代替單一工序，為工序集中減少工件安裝次數(shù)，用側(cè)銑代替端銑等，這些工序都取得了很好的效果。

5．夾具

生產(chǎn)線夾具采用液壓動(dòng)力，全部由大連佳成公司提供，主要特點(diǎn)有：

（1）統(tǒng)籌兼顧，夾具設(shè)計(jì)制造采用模塊化，轉(zhuǎn)換加工零件時(shí)可實(shí)現(xiàn)快速更換夾具。統(tǒng)籌綜合考慮，針對(duì)多種轉(zhuǎn)向節(jié)的特點(diǎn)，給工件的定位點(diǎn)、夾壓點(diǎn)和輔助支撐點(diǎn)進(jìn)行基準(zhǔn)統(tǒng)一，模塊化的夾具元件加上適用于各種轉(zhuǎn)向節(jié)的調(diào)整塊，讓夾壓點(diǎn)、定位點(diǎn)和輔助支撐點(diǎn)在位置上有了一定的調(diào)整量，短時(shí)間就能完成夾具的快速更換。

（2）OP20工序由數(shù)控回轉(zhuǎn)四軸模塊化夾具和可調(diào)角度固定夾具組成了五軸加工，數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)上液壓夾緊工件，回轉(zhuǎn)臺(tái)可任意裝夾任何一種轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行工件識(shí)別和左、右件防錯(cuò)，并自動(dòng)調(diào)出加工程序，自動(dòng)化程度高。

（3）夾具全部采用內(nèi)油路，外觀整齊、美觀。

金屬材料在切削進(jìn)程中會(huì)遭到刀具的揉捏而發(fā)生變形。這一物理現(xiàn)象直接影響切削力、切削溫度、刀具磨損、已加工表面質(zhì)量及出產(chǎn)功率。因而有必要對(duì)其進(jìn)行研究，了解其基本規(guī)律。（一）切削時(shí)的三個(gè)變形區(qū)以切削塑性金屬為例，切削層金屬轉(zhuǎn)變?yōu)榍行级湍阁w分離的實(shí)質(zhì)，是工件表層材料在加工進(jìn)程中，遭到刀具切削刃和前刀面的強(qiáng)烈揉捏，連續(xù)發(fā)生彈性變形——塑性變形—開(kāi)裂損壞，使切削金屬不斷被變成切屑從前刀面流出，如圖1-9所示。圖1-10為低速切削時(shí)的切削層內(nèi)三個(gè)變形區(qū)的示意圖。

1. 榜首變形區(qū) 當(dāng)?shù)毒咔暗睹嬉郧邢魉俣葀c揉捏切削層時(shí)，切削層中的某點(diǎn)沿OA面開(kāi)端發(fā)生剪切滑移，直至其活動(dòng)方向開(kāi)端與刀具前刀面平行，不再沿OM面發(fā)生滑移，切削層構(gòu)成切屑沿刀具前刀面流出。從OA面開(kāi)端發(fā)生塑性變形到OM面的剪切滑移基本完成，這一區(qū)域稱為榜首變形區(qū)。榜首變形區(qū)的主要特征是沿滑移面的剪切滑移變形以及隨之發(fā)生的加工硬化。

2. 第二變形區(qū) 當(dāng)剪切滑移構(gòu)成的切屑在刀具前刀面流出時(shí)，切屑底層進(jìn)一步遭到刀具的揉捏和抵觸，使靠近刀具前刀面處的金屬再次發(fā)生剪切變形，稱為第二變形區(qū)。

3. 第三變形區(qū) 是工件與刀具后刀面接觸的區(qū)域，遭到刀具刃口和刀具后刀面的揉捏和抵觸，構(gòu)成已加工表面變形，稱為第三變形區(qū)。這是由于在實(shí)踐切削中刀具的刃口不可避免地存在鈍圓半徑rn，使被揉捏層再次遭到刀具后刀面的拉伸、抵觸作用，進(jìn)一步發(fā)生塑性變形，使已加工表層變形加劇。（二）切屑形狀加工材料性質(zhì)不同，切削條件不同，切削進(jìn)程中的變形程度不同。根據(jù)切削進(jìn)程中變形程度的不同，構(gòu)成4種不同微觀形狀的切屑，如圖1-11所示。

1. 帶狀切屑 切屑連續(xù)成帶狀，內(nèi)表面光滑，表面面無(wú)明顯裂紋，呈微小鋸齒形。一般加工塑性金屬材料（如低碳鋼、銅、鋁），選用較大的刀具前角γo，較小的切削層公稱厚度hD，較高的切削速度vc時(shí)，易構(gòu)成這種切屑。構(gòu)成帶狀切屑時(shí)，切削力不堅(jiān)定小，切削進(jìn)程比較平穩(wěn)，已加工表面粗糙度值較小，但需采取斷屑辦法，確保正常出產(chǎn)，尤其是主動(dòng)出產(chǎn)線和主動(dòng)機(jī)床出產(chǎn)。

2. 節(jié)狀切屑 這種切屑表面面有較深的裂紋，呈較大的鋸齒形，內(nèi)表面有時(shí)有裂紋。一般加工塑性較低的金屬材料（如黃銅），在刀具前角γo較小，切削層公稱厚度hD較大，切削速度vc較低時(shí)，或加工碳素鋼材料在工藝體系剛性缺少時(shí)，易構(gòu)成這種切屑。構(gòu)成節(jié)狀切屑時(shí)，切削力不堅(jiān)定較大，切削進(jìn)程不態(tài)安穩(wěn)，已加工表面粗糙度值較大。

3. 粒狀切屑 又稱單元切屑。切削塑性材料時(shí)，若整個(gè)剪切面上的切應(yīng)力超過(guò)了材料開(kāi)裂強(qiáng)度，所發(fā)生的裂紋貫穿切屑斷面時(shí)，擠裂呈粒狀切屑。選用小前角或負(fù)前角，以極低的切削速度和大的切削層公稱厚度切削時(shí)，易構(gòu)成這種切屑。構(gòu)成粒狀切屑時(shí)，切削力不堅(jiān)定大，切削進(jìn)程不平穩(wěn)，已加工表面粗糙度值大。

4. 崩碎切屑 加工脆硬材料時(shí)，切削層通常在彈性變形后未經(jīng)塑性變形就被擠裂，構(gòu)成不規(guī)則的碎塊狀的崩碎切屑。工件材料越脆硬，刀具前角越小，切削層公稱厚度越大，越易發(fā)生崩碎切屑。構(gòu)成崩碎切屑時(shí)，切削力不堅(jiān)定大，切削進(jìn)程不平穩(wěn)，且切削層金屬會(huì)集在切削刃口碎斷，易損壞刀具，已加工表面粗糙度值大。（三）切屑形狀在實(shí)踐出產(chǎn)中，切屑的處理和運(yùn)送是需求處理的重要問(wèn)題。影響切屑的處理和運(yùn)送的主要因素是切屑的形狀，因而，還需依照切屑微觀的形狀進(jìn)行分類。工件材料、刀具幾何參數(shù)和切削用量不同，所生成的切屑的形狀也會(huì)不同。從切屑處理的視點(diǎn)，切屑的形狀大體有帶狀屑、C形屑、崩碎屑、螺卷屑、長(zhǎng)緊卷屑、發(fā)條狀卷屑、浮屠屑及亂屑等，如表1-1所示。由表1-1可見(jiàn)，切削加工的具體條件不同，要求切屑的形狀也有所改動(dòng)。脫離具體條件，孤立地點(diǎn)評(píng)某一種切屑形狀的好壞是沒(méi)有實(shí)踐含義的。表1-2標(biāo)明切削條件對(duì)切屑形狀的影響情況。