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細長軸多角位鍵槽加工夾具設計

細長軸多角位鍵槽加工夾具設計

在產品加工過程中，經常會遇到一些細長軸類零件，根據設計要求加工多個鍵槽，這些鍵槽尺寸、幾何公差要求較嚴，各鍵槽間、鍵槽與定位基準孔間有著較嚴的角位要求，用普通的劃線方法難以保證。同時細長軸類零件剛性差，裝夾后零件易變形，裝夾困難， 在分度頭上無法裝夾，由于分度頭也存在一定的定位及傳動間隙，對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控機床上加工，在批量不大的情況下，專門購買設備加工會使加工成本提高，經濟效益降低。為此，通過設計應用專用夾具，可在普通銑床上實現此類零件的加工，降低制造成本，提高經濟效益。

零件技術難點分析

以某柴油機凸輪軸為例，該零件總長為2 452mm，直徑為125m5， 長徑比達到19.6，屬細長軸類零件。零件要求在外圓上加工6個鍵槽，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′，并與裝配基準孔φ 10H7的角度偏差不大于±15′，相對于凸輪軸外圓的對稱度不大于0.03mm。其結構簡圖如圖1所示。

圖1　某柴油機凸輪軸結構簡圖

由以上結構分析可知該零件鍵槽加工過程中存在以下技術難點：①鍵槽間的角度偏差±15′及與裝配基準孔φ 10H7的角度偏差不大于±15′要求較高，利用一般的對線、分度頭等加工方法難以保證。②鍵槽相對于凸輪軸外圓的對稱度不大于0.03mm，由于零件屬細長軸，剛性裝夾過程存在裝夾變形，難以保證。

通過進行結構分析和加工工藝方案研究，結合加工設備的具體結構，設計了角位分度夾具、零件定位夾具和對刀塊等夾具，保證了零件的技術要求。

夾具設計

角位分度夾具。為了保證零件鍵槽間及與裝配基準孔φ 10H7的角度偏差，設計的角位分度夾具，結構如圖2所示。該工裝通過菱形定位銷，以零件的一端定位凸臺及裝配基準孔φ 10H7為基準定位，根據零件的角度，設計了銑鍵槽的六方分度盤，分度盤各六方面間角度為60°±2′，在加工零件鍵槽過程中，通過螺栓、墊圈和螺母將零件與六方分度盤緊固在一起，機床主軸始終保持水平不動，通過旋轉找正六方分度盤上的六個平面在水平方向跳度不大于0.03mm，保證零件的旋轉定位，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（見圖3）。由于該零件為細長軸，剛性較差，零件由于自重易發生自然彎曲，影響鍵槽加工精度。為此設計了V形塊來解決該問題。在零件加工過程中根據零件長度選擇合理的V形塊的數量，加工時通過找正樣棒，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，通過壓板壓緊零件，實現零件的裝夾。

圖3　定位夾具

1.壓板 2.樣棒 3.V形塊

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

圖4　銑鍵槽對刀塊

加工方法

在加工過程中，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，檢查零件側母線，確保零件未發生彎曲變形。利用銑鍵槽對刀塊調整機床主軸使之與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內跳動差不大于0.05mm，壓緊零件后銑鍵槽（見圖1，6個鍵槽自左至右依次排序①～⑥）①、②，松開零件，工件旋轉60°，找平六方分度盤，壓緊零件，對正機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，經過檢驗零件完全滿足設計要求。

結語

通過設計、應用專用的工裝夾具，可在普通鍵槽銑床上實現大型細長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，節約生產成本，提高加工效率。應用前景較好，可推廣。

銑刀在汽車行業竟然可以這么用…

銑刀在汽車行業竟然可以這么用……

現代汽車工業中，平面銑削應用極為普遍。為適應汽車工業的需要，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量都得到大幅度的提高。

其實銑刀只是一個籠統的叫法，它的分類有很多，比如面銑刀、立銑刀等等。下面幾篇文章簡單介紹一下銑刀如何在汽車制造中發揮作用的。

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淺談汽車轉向節敏捷柔性生產線

汽車轉向節敏捷柔性生產線是一條全新理念下的生產線，生產線的柔性化可更好地適應不同產品品種和批量的需求。企業根據其自身的生產情況建立合適的敏捷柔性生產線，可提高生產效率，更快地適應市場需求。

轉向節作為汽車前橋缺之不可的關鍵零件，除了機械性能要求高、外形異型外，尺寸精度和位置精度亦有一定要求。由于汽車市場需求多樣化的不確定性，要求生產系統具備在品種上能迅速而經濟地由一種產品轉為另一產品的能力，又要在產量上有一定的柔性。根據對汽車轉向節多品種、變批量的市場需求，我公司建立了一條多品種汽車轉向節敏捷、柔性生產線。

被加工產品和工序

1．該生產線加工4個品種（組）轉向節，每組分左、右各1件，共8個零件，單組生產節拍T=7.2min/件。

2．轉向節材料為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臂平面、孔系。

生產線主要特點

從表中可以看出生產線設備簡單，生產工序極大簡化，主要特點有：

1．生產線敏捷柔性化

此條生產線由6組，即6個生產單元構成。每個單元由2臺立式加工中心組成，每組可單獨形成生產能力。6組可根據市場需求變換生產不同品種或全一品種的轉向節，柔性化好，更換產品迅速而經濟。生產線由模塊化設備組成，可以實現“一次規劃，分步實施，滾動發展”的指導方針。

2．工序集中，數控單機自動化程度高

一個加工工序較為復雜的轉向節從毛坯到成品僅通過兩道工序來完成，見表。工序集中可以使柔性加工設備顯現出其優勢。

由于每道工序中工件經兩次安裝后便可完成全部加工內容，數控系統能夠自動選擇、更換刀具，自動改變主軸轉速和刀具進給量等，根據已設定的程序對工件不同部位進行銑、鉆、鏜、鉸和攻絲等加工，自動化程度高，極大地提高了生產效率。

3．設備簡單化、精度高

生產線采用同一型號立式加工中心組成，使用、維修方便，互換、互補性強，定位精度、重復定位精度高，對轉向節孔及端面粗糙度1.6mm、H7精度及位置精度等要求均能夠達到，保證了轉向節加工質量及穩定性。

4．工藝優化和嘗試

工藝方案的制定要根據選用設備、刀具及夾具各自的特點進行調研并加以優化，在立式加工中心上用組合加工代替傳統的車削加工，以復合工序代替單一工序，為工序集中減少工件安裝次數，用側銑代替端銑等，這些工序都取得了很好的效果。

5．夾具

生產線夾具采用液壓動力，全部由大連佳成公司提供，主要特點有：

（1）統籌兼顧，夾具設計制造采用模塊化，轉換加工零件時可實現快速更換夾具。統籌綜合考慮，針對多種轉向節的特點，給工件的定位點、夾壓點和輔助支撐點進行基準統一，模塊化的夾具元件加上適用于各種轉向節的調整塊，讓夾壓點、定位點和輔助支撐點在位置上有了一定的調整量，短時間就能完成夾具的快速更換。

（2）OP20工序由數控回轉四軸模塊化夾具和可調角度固定夾具組成了五軸加工，數控回轉臺上液壓夾緊工件，回轉臺可任意裝夾任何一種轉向節進行工件識別和左、右件防錯，并自動調出加工程序，自動化程度高。

（3）夾具全部采用內油路，外觀整齊、美觀。

金屬材料在切削進程中會遭到刀具的揉捏而發生變形。這一物理現象直接影響切削力、切削溫度、刀具磨損、已加工表面質量及出產功率。因而有必要對其進行研究，了解其基本規律。（一）切削時的三個變形區以切削塑性金屬為例，切削層金屬轉變為切屑而和母體分離的實質，是工件表層材料在加工進程中，遭到刀具切削刃和前刀面的強烈揉捏，連續發生彈性變形——塑性變形—開裂損壞，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為低速切削時的切削層內三個變形區的示意圖。

1. 榜首變形區 當刀具前刀面以切削速度vc揉捏切削層時，切削層中的某點沿OA面開端發生剪切滑移，直至其活動方向開端與刀具前刀面平行，不再沿OM面發生滑移，切削層構成切屑沿刀具前刀面流出。從OA面開端發生塑性變形到OM面的剪切滑移基本完成，這一區域稱為榜首變形區。榜首變形區的主要特征是沿滑移面的剪切滑移變形以及隨之發生的加工硬化。

2. 第二變形區 當剪切滑移構成的切屑在刀具前刀面流出時，切屑底層進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生剪切變形，稱為第二變形區。

3. 第三變形區 是工件與刀具后刀面接觸的區域，遭到刀具刃口和刀具后刀面的揉捏和抵觸，構成已加工表面變形，稱為第三變形區。這是由于在實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，進一步發生塑性變形，使已加工表層變形加劇。（二）切屑形狀加工材料性質不同，切削條件不同，切削進程中的變形程度不同。根據切削進程中變形程度的不同，構成4種不同微觀形狀的切屑，如圖1-11所示。

1. 帶狀切屑 切屑連續成帶狀，內表面光滑，表面面無明顯裂紋，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，易構成這種切屑。構成帶狀切屑時，切削力不堅定小，切削進程比較平穩，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，尤其是主動出產線和主動機床出產。

2. 節狀切屑 這種切屑表面面有較深的裂紋，呈較大的鋸齒形，內表面有時有裂紋。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，或加工碳素鋼材料在工藝體系剛性缺少時，易構成這種切屑。構成節狀切屑時，切削力不堅定較大，切削進程不態安穩，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，若整個剪切面上的切應力超過了材料開裂強度，所發生的裂紋貫穿切屑斷面時，擠裂呈粒狀切屑。選用小前角或負前角，以極低的切削速度和大的切削層公稱厚度切削時，易構成這種切屑。構成粒狀切屑時，切削力不堅定大，切削進程不平穩，已加工表面粗糙度值大。

4. 崩碎切屑 加工脆硬材料時，切削層通常在彈性變形后未經塑性變形就被擠裂，構成不規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，越易發生崩碎切屑。構成崩碎切屑時，切削力不堅定大，切削進程不平穩，且切削層金屬會集在切削刃口碎斷，易損壞刀具，已加工表面粗糙度值大。（三）切屑形狀在實踐出產中，切屑的處理和運送是需求處理的重要問題。影響切屑的處理和運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行分類。工件材料、刀具幾何參數和切削用量不同，所生成的切屑的形狀也會不同。從切屑處理的視點，切屑的形狀大體有帶狀屑、C形屑、崩碎屑、螺卷屑、長緊卷屑、發條狀卷屑、浮屠屑及亂屑等，如表1-1所示。由表1-1可見，切削加工的具體條件不同，要求切屑的形狀也有所改動。脫離具體條件，孤立地點評某一種切屑形狀的好壞是沒有實踐含義的。表1-2標明切削條件對切屑形狀的影響情況。