球閥閥芯類工件車床加工專用夾具的設計與應用
2020-12-13 來源： 中山火炬職業技術學院 作者： 張亞民，吳 磊，李慶達，張凌云
摘要：針對普通車削加工閥芯類工件內孔及外圓弧面存在的困難，設計出專用夾具，解決了閥芯類工件的裝夾、形位公差及加工精度等問題，保證了加工質量，并提高了加工效率。
關鍵詞：閥芯類工件；車床加工；專用夾具
0 、前言
閥芯類零件是生產中經常遇到的零件，其外圓為圓弧面而且精度要求高，在普通車床上車削圓弧面一直是困擾車工的棘手問題，因為普通車床只有縱向或橫向的自動進給，圓弧面車削要靠操作人員雙手控制兩個托板實現，操作難度大，效率底下，質量很難保證[1]。雖然操作人員制作了很多車削圓弧面的夾具，但都是解決一些特定的問題，不能解決通用性的問題，而且不能自動進給車削[2]。
如果設計一種通用性的車床刀架，使得車刀能夠沿圓弧做自動進給運動，就可以在普通車床上自動進給車削圓弧面，從根本上解決加工圓弧類零件的難題[3]。
1 、閥芯類零件分析
某一閥芯類零件尺寸如圖 1 所示。
圖示零件內外圓的尺寸精度要求較高，特別是外圓圓度公差。因零件外圓為圓弧面，精加工不能作為定位基準，故精加工考慮先加工內孔，再以內孔定位加工外圓。
此零件如果用數控車床加工，工藝及夾具要求更復雜，而且效率并不高，故可通過設計專用夾具在普通車床上加工。
2 、夾具設計
2.1 夾具設計思路
普通車床只能做橫向或縱向直線自動進給運動[4]，設計一種可以旋轉的刀架，通過一定的機構將車床中托板的橫向運動轉換為刀架的旋轉，就可以達到車削圓弧的目的，而且中托板可以自動進給，進給量可以調整，可以有效保證圓弧面的加工質量，提高加工效率。
2.2 夾具結構
為了實現上述目的，設計的夾具結構如圖 2 所示。該裝置包括鎖刀螺栓 1、車刀 2、刀架 3、上滑板4、下 滑 板 5、轉 盤 6、底座 7、底板 8、方 頭 螺 栓 9（4個）、固定螺栓 10（2 個）、螺栓 11（2 個）、固定板 12（兩個）、傳動鋼絲 13、手輪 14 組成。底板 8 通過 2 個固定螺栓安裝在車床床鞍 15 上（利用車床上已有的安裝跟刀架的螺孔），底板上有 T 形槽，底座 7 可在底板上移動，調整好位置后通過 4 個方頭螺栓 9 鎖緊，轉盤 6 安裝在底座 7 上，中間安裝內孔及平面軸承，可以在底座上轉動，轉盤與下滑板 5 緊固連接，上滑板 4 與下滑板燕尾槽配合，其結構和車床小托板相同，（有固定在下滑板上的絲杠和上滑板上的螺母）通過轉動連接在絲杠上的手輪 14（手輪上有刻度盤）實現上刀，控制加工圓弧尺寸，刀架 3 與上滑板緊固連接，車刀 2 通過鎖刀螺栓 1 鎖緊，傳動鋼絲 13繞轉盤一圈后兩端固定在 2 個固定板 12 上，2 個固定板通過 2 個螺栓 11 固定在車床的中托板兩端（需在中托板上相應位置加工兩個螺紋孔），當中托板自動進給時通過傳動鋼絲可以使轉盤自動旋轉，從而將車床中托板的自動進給轉變為車刀 1 的旋轉運動，實現自動車削圓弧的功能。
本夾具的主要特征在于通過固定在中托板兩端并繞轉盤一周的鋼絲將中托板的直線運動轉變為圓盤的旋轉運動，旋轉半徑（加工零件尺寸）可以通過調整下滑板及刀架手輪（手輪有刻度）實現；通過調整刀架位置和方向，可以加工內圓弧面，也可以加工外圓面，這種傳動方式制造成本低、安裝方便、傳動平穩，并且在切削不順利造成切削力過大時，既當切削力大于鋼絲與轉盤的摩擦力時，進刀會停止，有效防止刀具和工件的損壞，是一種通用性強、可以作為車床附件的裝置[5]。
3 、閥芯加工工藝
用上述裝置解決圖 1 類零件的加工，不僅效率高，而且質量穩定，可以進行較大批量的生產，其工藝分析如下：
3.1 粗加工
為了提高效率并節省材料，粗加工采用型材多件加工后鉆孔分離的工藝[6]。如圖 3 所示，以 5 件或更多件連體加工 （數量可根據材料的剛性確定），采用一夾一頂裝夾，粗車外圓至 準51 mm；切刀切槽，保證長度 50 mm，槽底 準14 mm；圓弧面粗車采用兩把成型刀左右兩側分別加工，成型刀圓弧半徑 R 大于25 mm，保證外圓留 10 mm 長的圓柱面，以便精加工內孔時用三爪卡盤裝夾定位；用 準14.5 mm 鉆頭鉆孔即粗加工內孔并分離零件。
粗加工后零件尺寸如圖 4 所示，內孔及外圓留余量 1~2 mm，長度 50 mm。
3.2 精加工
因外圓弧面不能準確定位，精加工時需先加工內孔，再以內孔定位加工外圓弧面。內孔精加工用普通三爪卡盤夾持圓柱面 準51 mm 即可，內孔兩端倒角后長度即符合圖紙要求。
內孔加工好后用上述夾具加工外圓弧面。外圓加工時需制作圖 5 所示兩端開口的脹套（彈簧鋼調質處理），其外圓與零件內孔間隙配合，長度與零件長度一致，安裝時零件套在脹套上，脹套兩端用頂尖頂住后即可定位并安裝零件。
如圖 6 所示，主軸端采用車床上加工的固定頂尖，材料為 45# 鋼調質處理，長度需考慮夾具與卡盤的安全距離，以加工時夾具與卡盤不碰撞為宜，為保證同軸度，固定頂尖在車床上精加工后不要卸下，直接開始零件加工。
夾具安裝如圖 7 所示。將圓弧加工裝置用螺栓固定在機床大托板安裝跟刀架的螺孔上，在機床中托板兩端加工螺孔并安裝夾具固定板 12，將鋼絲繩繞夾具轉盤一周后兩端固定在固定板上，調整好刀架位置及鋼絲繩長度。
工件的裝夾如圖 8 所示以脹套內孔兩端定位，脹套放入零件內孔，尾座裝活動頂尖，頂住尾座即可。移動機床大托板定位刀具至工件中心處（圖 8 夾具縱向對刀位置），通過調節刀具長度或夾具手輪 14均可控制圓弧直徑，機床橫向自動走刀即可加工圓弧面。為提高加工效率，減少對刀次數，先半精車，再精車（用尖刀加工時順時針、逆時針均可加工）。
3.3 加工工藝過程
綜上所述，使用夾具加工該零件的工藝過程如表 1 所列。
4 、結語
本文所述“車床用工件圓弧加工裝置”結構簡單，制造成本低，使用方便，其最大特點是使得普通車床車刀能夠沿圓弧做自動進給運動，從根本上解決普通車床加工圓弧的難題，可以加工一些數控車床難以加工的圓弧面類零件，經過生產實際應用，大大減輕了操作者的勞動強度，提高了生產效率，保證了加工產品的質量。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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