高精度表面车削加工与夹具设计

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摘 要：文章针对加工表面高精度、批量大且外圆表面无法装夹的钢类零件，试研出一套合理高效的加工工艺，对装夹进行一些特殊手段处理，设计出一组夹具，保证了零件在加工中达到图纸要求。针对批量大的特点，在夹具的设计中，考虑了装夹方便，夹具设计简单有效，从而保证了高效率精确加工。

关键词：高精度表面零件；简化加工；夹具设计；批量生产

现实生产中，一些表面精度要求极高的零件，在批量生产加工中会遇到很多难点。如：装夹问题、表面粗糙度问题、方便批量生产问题、合格率问题等。作者以外贸产品“重力轮”为例，对以上遇到的加工难点，通过一套合理高效的加工工艺来解决问题。

1 工艺安排（图纸分析）

装夹任意一边，车削出端面，外圆留0.5cm余量，钻孔，先车削内孔倒角（为防止先车削内孔，后倒角，从而产生毛刺，导致内孔误差）。卸下零件，掉头装夹，车削出端面，外圆圆弧和部分留有余量外圆（俩边外圆相接），车削内孔。以加工的内孔作为定位基准，车削外圆。

2 装夹工艺分析

2.1 零件总体装夹分析

如图1，毛坯总长21cm，考虑车削过程中，刀具和卡爪安全距离，车削不可过多。为保证零件的装夹安全，装夹也不可以过少，所以选择装夹7cm较为合理。因为零件总长为18cm，为使俩边外圆能接上，车削出零件长度10cm的外圆，用于掉头反面加工装夹时，可以程序多用，不用修改。外圆俩边的相接，不会因为车削过后，还留有中间那一块毛坯，使外圆加工更加麻烦。

2.2 装夹零件时导致的平行度问题分析

一个只有21cm总长的毛坯，只能装夹7cm长度来进行端面外圆车削。如何保证能使剩下的长度装夹的好、稳、快，并能保证掉头之后的平行度是个难点。需要大批量生产时，装夹不好、不快，将会浪费大量时间。如果装夹的不好，掉头将很麻烦而无法保证平行度，导致生产出废品。

2.3 解决装夹和平行度问题

平行度指两平面或者两直线平行的程度，指一平面（边）相对于另一平面（边）平行的误差最大允许值。平行度评价直线之间、平面之间或直线与平面之间的平行状态。其中一个直线或平面是评价基准，而直线可以是被测样品的直线部分或直线运动轨迹，平面可以是被测样品的平面部分或运动轨迹形成的平面。

首先找一平面基准：什么位置最适合做基准呢？机床。而机床的平面也有俩个基准：水平的直线度和垂直面的直线度。针对这个问题，设计出了一个夹具：“靠山”。如图2为机床卡盘位置部分图形：

如图4，将拉杆贯穿主轴和后备箱的套筒，后面装上锅盖，主轴前面装夹上靠山，进行左右固定，这样可以保证靠山与主轴回转轴垂直度。运用了垂直面的直线度。

并用于图中的“螺母”，进行加固，使靠山更加稳固，不会在加工中突然松动。此时的靠山左部位，已和主轴回转轴垂直，已经固定，但为了确保靠山左右部分平行度，还需要在靠山右部分端面车削上一刀，使右部分也与左部分平行。

靠山长度也很重要。卡抓总长50cm，装夹的靠山，7cm用于夹零件，除去装夹的卡盘孔配合表面，需要留有43cm长度，这样可以方便大批量生产的零件。因为批量生产，合理的方式就是全部，或大量做完一边，再做另一边，有了靠山，也不需要对第二次刀，因为它已经将需要装夹的长度固定了，这又使加工过程中更加轻松！

为保证毛坯能够贴紧靠山，将零件装夹好，手将零件夹紧，并在毛坯中间力度适中的敲打几下。最后加力杆夹紧。这样车削出来的外圆，与靠山平行，反面加工也与靠山平行，不但解决了装夹的问题，使装夹变的轻松，完美的解决了上述平行度的问题。

3 外圆要求光滑，外圆与内孔的圆跳动难点的解决

圆跳动是指被测要素绕基准轴线回转一周是，由位置固定的指示器在给定方向上测得的最大与最小读数之差。圆跳动公差是指被测要素在某一固定参考点绕基准轴线旋转一周（零件和测量仪器件无轴向位移）时，指示器值所允许的最大变动量。圆跳动公差适用于被测要素任一不用测量位置。用符号“？坭”表示。

3.1 零件外圆，圆跳动问题

因为零件外圆要求光滑，不得有碰伤、刮痕、破口等缺陷！自然不能有夹痕，而且俩边相接的外圆，也是无法让其光滑，而且外圆与内孔圆跳动要求很高，导致产品不合格。

3.2 解决零件外圆，圆跳动问题

不能装夹零件外圆表面，所以设计了双夹具。

如图5为夹具（1），单位cm：

将夹具（1）装夹与三爪卡盘上，心轴螺纹与与夹具（1）螺纹装配固定好，车削心轴外圆尺寸直径15cm，这样保证心轴与主轴回转轴的同轴度。同时车削夹具（1）台阶面（右面直径40cm，车削深进0.3左右cm），为防止心轴造成零件无法与台阶面完全接触。

图6为夹具（2），单位cm：

在将夹具（2）的右部分套在顶尖之上，然后移动顶尖使夹具体（2），靠上零件，操作尾座进行零件与夹具体（2）的完全接触，并进行固定。此时的夹具（2），左部分直径60部位也需回收0.3cm。

3.3 注意点

（1）夹具和零件的接触面也不是也多越好，适当最好。所以回收0.3cm。（2）夹具和零件接触面的部位，禁止倒角，倒角会一样会产生毛刺，从而刮伤零件表面。应用圆弧。（3）心轴直径15cm尺寸，这个尺寸不能过于太小，不然会使零件圆跳动过大，也不能过大，不然会使有些批量生产零件无法放入。（4）夹具（1）与心轴螺纹位置，一定要确保回车3cm。因为那也是一个表面，不但会影响车削外圆，更会影响零件同轴度。（5）进行最后的车削外圆，此时的尾部有顶尖以不能回过多的机床+Z坐标。

3.4 左右夹具和车削零件（如图7）

4 关于粗糙度的解决

在车床加工过程中，由于切屑反离时的塑性变形、工艺系统的振动、刀具与已加工表面间的摩擦等因素的影响，使加工后的工件表面总会存在许多高低不平的微小峰谷。这些零件被加工表面上的微观几何形状误差称为表面粗糙度。它影响到产品的工作可靠性和使用寿命。

4.1 影响的粗糙度因素

随着现社会的进步，刀具“机夹刀”的诞生，它在批量生产上，占据优势。要提高粗糙度，转速影响很大，转速的提高，会产生高温，“机夹刀”它耐高温。

面对高粗糙度要求的批量生产，背吃刀量和进给量对刀具硬度要求更高，更耐磨，减少换刀次数，“机夹刀”它够硬，够耐磨。

4.2 影响粗糙度的原因和解决方法

（1）机床转速：切削转速是影响刀具的重要参数之一。不同的直径，需要的转速都不一样，造成的零件粗糙度也不一样。转速合适与否，我们可以从已加工排出的铁屑颜色中看出：紫色：转速和温度过高，刀具已经无法承受，影响寿命。黄色：转速和温度最好，刀具很适合这种状态下车削零件。白色：转速太低，零件表面会产生明显刀纹，影响零件粗糙度。（2）背吃刀量：一般指工件上已加工表面间和待加工表面的垂直距离。背吃刀量取值很重要，过大不但会产生高温影响刀具寿命，还会影响零件粗糙度。过小会浪费很多加工时间，同样会使粗糙度达不到要求。这也是加工中分粗加工和精加工的原因。（3）进给量：是指刀具在进给运动方向上相对工件的位移量。进给量过大，也会给零件表面产生明显刀纹，影响粗糙度。进给量过小，会使已车削的铁屑无法断却，缠绕在一起，使之刮伤零件，破坏零件表面。我们在加工中一定要寻找合适的进给量，避免造成零件不合格。

5 结束语

在日常数控加工生产中，我们总会碰到一些难点，要通过不断学习、实践，来解决这些难点，批量生产的工艺要点是高效率、高精度、装夹方便、合格率高，而如何掌握这些要点是我们技术员永恒的主题。

参考文献

[1]牛宝林.机械制造基础[M].华中科技大学出版社，2008.

[2]余英良.数控机床加工技术[M].高等教育出版社，2009.

[3]王洪.数控加工程序编制[M].机械工业出版社，2013.