球閥閥芯類工件車床加工專用夾具的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
2020-12-13 來(lái)源： 中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院 作者： 張亞民，吳 磊，李慶達(dá)，張凌云
摘要：針對(duì)普通車削加工閥芯類工件內(nèi)孔及外圓弧面存在的困難，設(shè)計(jì)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(wèn)題，保證了加工質(zhì)量，并提高了加工效率。
關(guān)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(chǎn)中經(jīng)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(wèn)題，因?yàn)槠胀ㄜ嚧仓挥锌v向或橫向的自動(dòng)進(jìn)給，圓弧面車削要靠操作人員雙手控制兩個(gè)托板實(shí)現(xiàn)，操作難度大，效率底下，質(zhì)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(wèn)題，不能解決通用性的問(wèn)題，而且不能自動(dòng)進(jìn)給車削[2]。
如果設(shè)計(jì)一種通用性的車床刀架，使得車刀能夠沿圓弧做自動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，就可以在普通車床上自動(dòng)進(jìn)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(nèi)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(zhǔn)，故精加工考慮先加工內(nèi)孔，再以內(nèi)孔定位加工外圓。
此零件如果用數(shù)控車床加工，工藝及夾具要求更復(fù)雜，而且效率并不高，故可通過(guò)設(shè)計(jì)專用夾具在普通車床上加工。
2 、夾具設(shè)計(jì)
2.1 夾具設(shè)計(jì)思路
普通車床只能做橫向或縱向直線自動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)[4]，設(shè)計(jì)一種可以旋轉(zhuǎn)的刀架，通過(guò)一定的機(jī)構(gòu)將車床中托板的橫向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為刀架的旋轉(zhuǎn)，就可以達(dá)到車削圓弧的目的，而且中托板可以自動(dòng)進(jìn)給，進(jìn)給量可以調(diào)整，可以有效保證圓弧面的加工質(zhì)量，提高加工效率。
2.2 夾具結(jié)構(gòu)
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，設(shè)計(jì)的夾具結(jié)構(gòu)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(zhuǎn) 盤(pán) 6、底座 7、底板 8、方 頭 螺 栓 9（4個(gè)）、固定螺栓 10（2 個(gè)）、螺栓 11（2 個(gè)）、固定板 12（兩個(gè)）、傳動(dòng)鋼絲 13、手輪 14 組成。底板 8 通過(guò) 2 個(gè)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(dòng)，調(diào)整好位置后通過(guò) 4 個(gè)方頭螺栓 9 鎖緊，轉(zhuǎn)盤(pán) 6 安裝在底座 7 上，中間安裝內(nèi)孔及平面軸承，可以在底座上轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤(pán)與下滑板 5 緊固連接，上滑板 4 與下滑板燕尾槽配合，其結(jié)構(gòu)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(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)連接在絲杠上的手輪 14（手輪上有刻度盤(pán)）實(shí)現(xiàn)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(guò)鎖刀螺栓 1 鎖緊，傳動(dòng)鋼絲 13繞轉(zhuǎn)盤(pán)一圈后兩端固定在 2 個(gè)固定板 12 上，2 個(gè)固定板通過(guò) 2 個(gè)螺栓 11 固定在車床的中托板兩端（需在中托板上相應(yīng)位置加工兩個(gè)螺紋孔），當(dāng)中托板自動(dòng)進(jìn)給時(shí)通過(guò)傳動(dòng)鋼絲可以使轉(zhuǎn)盤(pán)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，從而將車床中托板的自動(dòng)進(jìn)給轉(zhuǎn)變?yōu)檐嚨?1 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)車削圓弧的功能。
本夾具的主要特征在于通過(guò)固定在中托板兩端并繞轉(zhuǎn)盤(pán)一周的鋼絲將中托板的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閳A盤(pán)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)半徑（加工零件尺寸）可以通過(guò)調(diào)整下滑板及刀架手輪（手輪有刻度）實(shí)現(xiàn)；通過(guò)調(diào)整刀架位置和方向，可以加工內(nèi)圓弧面，也可以加工外圓面，這種傳動(dòng)方式制造成本低、安裝方便、傳動(dòng)平穩(wěn)，并且在切削不順利造成切削力過(guò)大時(shí)，既當(dāng)切削力大于鋼絲與轉(zhuǎn)盤(pán)的摩擦力時(shí)，進(jìn)刀會(huì)停止，有效防止刀具和工件的損壞，是一種通用性強(qiáng)、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(zhì)量穩(wěn)定，可以進(jìn)行較大批量的生產(chǎn)，其工藝分析如下：
3.1 粗加工
為了提高效率并節(jié)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(shù)量可根據(jù)材料的剛性確定），采用一夾一頂裝夾，粗車外圓至 準(zhǔn)51 mm；切刀切槽，保證長(zhǎng)度 50 mm，槽底 準(zhǔn)14 mm；圓弧面粗車采用兩把成型刀左右兩側(cè)分別加工，成型刀圓弧半徑 R 大于25 mm，保證外圓留 10 mm 長(zhǎng)的圓柱面，以便精加工內(nèi)孔時(shí)用三爪卡盤(pán)裝夾定位；用 準(zhǔn)14.5 mm 鉆頭鉆孔即粗加工內(nèi)孔并分離零件。
粗加工后零件尺寸如圖 4 所示，內(nèi)孔及外圓留余量 1~2 mm，長(zhǎng)度 50 mm。
3.2 精加工
因外圓弧面不能準(zhǔn)確定位，精加工時(shí)需先加工內(nèi)孔，再以內(nèi)孔定位加工外圓弧面。內(nèi)孔精加工用普通三爪卡盤(pán)夾持圓柱面 準(zhǔn)51 mm 即可，內(nèi)孔兩端倒角后長(zhǎng)度即符合圖紙要求。
內(nèi)孔加工好后用上述夾具加工外圓弧面。外圓加工時(shí)需制作圖 5 所示兩端開(kāi)口的脹套（彈簧鋼調(diào)質(zhì)處理），其外圓與零件內(nèi)孔間隙配合，長(zhǎng)度與零件長(zhǎng)度一致，安裝時(shí)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(diào)質(zhì)處理，長(zhǎng)度需考慮夾具與卡盤(pán)的安全距離，以加工時(shí)夾具與卡盤(pán)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(kāi)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(jī)床大托板安裝跟刀架的螺孔上，在機(jī)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(zhuǎn)盤(pán)一周后兩端固定在固定板上，調(diào)整好刀架位置及鋼絲繩長(zhǎng)度。
工件的裝夾如圖 8 所示以脹套內(nèi)孔兩端定位，脹套放入零件內(nèi)孔，尾座裝活動(dòng)頂尖，頂住尾座即可。移動(dòng)機(jī)床大托板定位刀具至工件中心處（圖 8 夾具縱向?qū)Φ段恢茫ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)刀具長(zhǎng)度或夾具手輪 14均可控制圓弧直徑，機(jī)床橫向自動(dòng)走刀即可加工圓弧面。為提高加工效率，減少對(duì)刀次數(shù)，先半精車，再精車（用尖刀加工時(shí)順時(shí)針、逆時(shí)針均可加工）。
3.3 加工工藝過(guò)程
綜上所述，使用夾具加工該零件的工藝過(guò)程如表 1 所列。
4 、結(jié)語(yǔ)
本文所述“車床用工件圓弧加工裝置”結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，使用方便，其最大特點(diǎn)是使得普通車床車刀能夠沿圓弧做自動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從根本上解決普通車床加工圓弧的難題，可以加工一些數(shù)控車床難以加工的圓弧面類零件，經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用，大大減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，保證了加工產(chǎn)品的質(zhì)量。
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