半軸套耳孔加工裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)

閆文平

1 研究背景

如圖1和圖2所示，半軸套是由軟鋼鍛造而成的，上部正中間位置有一個(gè)耳孔，耳孔直徑為Ф5。為簡(jiǎn)化鍛造工藝，毛坯件無(wú)耳孔，Ф5小耳孔通過(guò)鉆削加工而成。由于耳孔結(jié)構(gòu)及所處位置特點(diǎn)，導(dǎo)致在完成加工小耳孔這道工序時(shí)，對(duì)零件的裝夾具有一定困難，因此，設(shè)計(jì)一套耳孔加工裝置對(duì)大成批生產(chǎn)這種半軸套零件，保證耳孔的加工位置精度和提高生產(chǎn)效率具有非常重要的意義[1]。

圖1 半軸套零件圖

2 耳孔加工分析

2.1 半軸套上耳孔結(jié)構(gòu)、位置分析

如圖3所示，耳孔結(jié)構(gòu)在套類零件上比較常見(jiàn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。由于耳孔的位置比較特殊，居于軸套上圓柱面的中間位置，而且半軸套的形狀不規(guī)則，導(dǎo)致在普通鉆床上加工耳孔時(shí)沒(méi)有專用裝夾裝置來(lái)保證半軸套的穩(wěn)定性，導(dǎo)致無(wú)法完成Ф5小孔的加工。

圖2 半軸套實(shí)體

圖3 工件放置方式

2.2 半軸套上耳孔加工分析

由于鉆孔時(shí)，鉆削加工的進(jìn)給方向是主軸垂直于工作臺(tái)，因此，加工半軸套上耳孔Ф5時(shí)需要將工件按照?qǐng)D3位置放置，以保證鉆削加工的正常工作方位，使加工出的Ф5小孔的軸線位置正確，達(dá)到使用要求。

一般情況下，半軸套零件上的耳孔被安排在比較靠后的一道工序來(lái)鉆削完成。由1圖得出耳孔所在位置是關(guān)于半軸套的左右對(duì)稱面對(duì)稱，因此，選擇已加工好的半軸套的結(jié)合表面作為定位面，先對(duì)耳孔所在凸臺(tái)的左右面進(jìn)行加工保證平整，得到尺寸16mm后，再加Ф5耳孔。

3 耳孔加工裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 耳孔加工裝置定位元件及夾緊元件的選用及構(gòu)成

定位和夾緊元件：先加工制作一個(gè)支座，該支座的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖5 半軸套耳孔加工位置

圖4 半軸套耳孔加工裝置支座

工件的定位和夾緊：支座由底板、立板和兩個(gè)肋板構(gòu)成，立板相當(dāng)于定位板，屬于大平面，如圖4所示。由于在加工耳孔時(shí)需要將工件如圖5位置放置，所以需要限制的自由度為：x、y方向的移動(dòng)；x、y、z轉(zhuǎn)動(dòng)。

如圖6所示，工件安裝在支座上，立板起到限位作用，相當(dāng)于大平面，能限制3個(gè)自由度，x移動(dòng)，y、z的轉(zhuǎn)動(dòng)。利用立板上的銷孔，在安裝工件時(shí)采用一個(gè)短圓柱銷限制y，z的移動(dòng)。此時(shí)，相當(dāng)于一面兩銷定位，限制了3個(gè)移動(dòng)自由度和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。經(jīng)過(guò)分析工件需要限制的x轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，在通過(guò)螺栓連接緊固后可得到限制，此時(shí)的定位和螺栓緊固件的夾緊能夠滿足加工要求。

輔助支撐元件：當(dāng)定位夾緊該半軸套零件后，由于需要加工耳孔部分處于懸空狀態(tài)，因此，鉆頭在鉆削過(guò)程中向下切削力的作用會(huì)導(dǎo)致半軸套產(chǎn)生微量位移，進(jìn)而導(dǎo)致耳孔偏斜。因此，為避免誤差發(fā)生或誤差過(guò)大，該處采用了輔助支撐[2]，即由2個(gè)頂柱和2個(gè)彈簧構(gòu)成。這個(gè)輔助支撐在鉆削Ф5耳孔過(guò)程中，起到輔助作用，它不限制自由度，只是在加工過(guò)程中起到提高工藝系統(tǒng)的剛度的作用。

耳孔加工裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：該加工耳孔裝置主要由支座、直槽塊、螺紋頂柱、支撐彈簧、短圓柱銷和螺栓組件（螺栓、螺母、墊圈）構(gòu)成。裝配圖如圖7所示。

3.2 耳孔加工裝置工作原理

將該裝置安裝在鉆床上，首先將半軸套上的一個(gè)孔與立板上的銷孔對(duì)準(zhǔn)，插入短圓柱銷，然后將另一個(gè)孔對(duì)準(zhǔn)立板上下面的孔穿入螺栓，套上墊片，擰緊螺母，使緊固連接如圖7所示。最后調(diào)整螺紋頂柱的高度，使直槽塊上表面與耳孔部位底面剛剛接觸，保持耳孔部位上下面與鉆床工作臺(tái)平行，以此保證加工出的耳孔軸線不出現(xiàn)偏斜。

圖6 半軸套耳孔加工裝置實(shí)體圖

圖7 半軸套耳孔加工裝配圖

3.3 耳孔加工裝置的優(yōu)點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)和幾點(diǎn)說(shuō)明

3.3.1 耳孔加工裝置的優(yōu)點(diǎn)

該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于操作。其中，直槽塊為鉆削加工提供了足夠的讓刀和排屑空間，有利于切屑的集中排除，并提高了鉆削工藝系統(tǒng)的剛度，保護(hù)了鉆頭。

該裝置安裝和拆卸零件方便，只有一個(gè)螺栓連接。當(dāng)半軸套的耳孔加工完成后，只要將螺栓緊固件拆開(kāi)，即可很容易地將工件卸下或安裝下一個(gè)零件，省時(shí)省力，操作方便。

直槽塊的高度通過(guò)螺紋頂柱與支座上的螺紋孔的旋合進(jìn)行調(diào)整。一旦高度調(diào)整完成，在更換下一個(gè)半軸套的過(guò)程中，只需微調(diào)即可滿足加工要求，方便穩(wěn)固。

支撐彈簧是通過(guò)點(diǎn)焊方式與螺紋頂柱連接，承受向下的鉆削力，起到輔助支撐的作用。

本裝置通過(guò)在底板上加工出兩個(gè)對(duì)稱的沉槽，如圖4所示，直接用螺栓連接在機(jī)床導(dǎo)軌上即可，安裝拆卸方便。

本小孔加工裝置適合于成批大量生產(chǎn)類型，價(jià)格低，效率高，能夠很好地保證在半軸套上加工出滿足加工精度要求小的耳孔。

3.3.2 耳孔加工裝置的關(guān)鍵技術(shù)

關(guān)鍵技術(shù)之一是支座的立板與底板的垂直度公差不能超過(guò)0.05mm。實(shí)踐證明該垂直度直接影響耳孔軸線的偏斜程度。如果偏斜超過(guò)0.05則影響耳孔的功用。

關(guān)鍵技術(shù)之二是支座立板上的上下銷孔和螺栓連接孔之間的位置度公差不能超過(guò)0.01，實(shí)踐證明該位置度直接影響定位的可靠性。如果超過(guò)0.01將會(huì)影響工藝系統(tǒng)的定位的精度。

關(guān)鍵技術(shù)之三是立板與半軸套結(jié)合面接觸的定位面的平面度和波度。實(shí)踐證明，該定位面的平面度和波度會(huì)影響定位應(yīng)該限制的3個(gè)自由度，影響定位的可靠性。

以上3個(gè)關(guān)鍵技術(shù)均屬于幾何公差范疇，因此，在制作該裝置的支座時(shí)一定要保證支座這個(gè)關(guān)鍵零件的幾何公差，使零件在安裝后能夠順利保證其耳孔的加工精度。

3.3.3 幾點(diǎn)說(shuō)明

第一點(diǎn)：該裝置的支撐彈簧的選擇需要經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，確定其剛度，在加工時(shí)起到輔助支撐作用，從而滿足耳孔加工精度，即要保證支撐彈簧的剛度。

第二點(diǎn)：在每次調(diào)整螺紋頂柱的高度時(shí)，一定要用扳手輕輕旋擰，防止用力過(guò)大導(dǎo)致螺紋頂柱折斷，重新更換，會(huì)影響工作效率。

第三點(diǎn)：結(jié)合圖4和圖7，兩個(gè)肋板之間要留有足夠空間，保證螺栓組件的每次拆卸及安裝。該裝置安裝在設(shè)備上時(shí)需要找正，以保證立板與機(jī)床導(dǎo)軌面的垂直度[3]。

4 結(jié)論

此耳孔加工用專用裝置經(jīng)實(shí)踐證明：結(jié)構(gòu)緊湊、合理，操作方便簡(jiǎn)單，工作性能安全、可靠。該裝置特別適用于大批大量生產(chǎn)類型，除半軸套零件上耳孔的加工外，還可以推廣到箱體類、叉架類上位置比較特殊的小孔加工。如果是單件小批量生產(chǎn)類型，若使用該加工裝置將會(huì)增加產(chǎn)品的加工成本，因此應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)類型合理使用。

[1]梁炳文.機(jī)械加工工藝與竅門精選[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：45-46．

[2]黃如林.金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006：89-90．

[3]劉守勇.機(jī)械制造工藝及機(jī)床夾具M(jìn)].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002：101-102．