分離機主軸加工工藝與鉆孔夾具設(shè)計
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摘要：分離機主軸零件是固液分離設(shè)備的核心零件，其加工質(zhì)量直接影響分離機設(shè)備的正常運行。文章針對該零件的結(jié)構(gòu)特點，詳細分析了主軸零件的技術(shù)要求、關(guān)鍵尺寸與幾何公差，為分離機主軸零件制訂了加工工藝方案及加工路線，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了φ9和φ5孔的專用鉆孔夾具。所設(shè)計的鉆孔夾具拆裝方便，定位準確，能有效提高零件的加工效率。
關(guān)鍵詞：分離機主軸；加工工藝；鉆孔夾具
隨著智能制造技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)機械加工行業(yè)面臨著極大挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)機械行業(yè)必須進行由粗加工向精加工和超精加工的轉(zhuǎn)變，工藝規(guī)程的發(fā)展也應(yīng)朝著智能制造方向靠攏，軸類零件作為機械設(shè)備中的關(guān)鍵零件，其加工精度直接影響設(shè)備的正常運行。由于分離機主軸零件具有軸類零件的大部分結(jié)構(gòu)特性和技術(shù)特點，其工藝路線和鉆孔夾具對軸類零件的加工具有通用性[1]。因此，文章以分離機主軸為研究對象，重點分析了該零件的技術(shù)要求、關(guān)鍵尺寸與幾何公差、加工工藝路線制定以及鉆孔專用夾具的設(shè)計，文章所提出的工藝流程和設(shè)計的鉆孔夾具極大提高了零件的加工效率和精度，對軸類零件的加工具有一定的參考價值。
1分離機主軸零件的技術(shù)要求
分離機主軸零件具有軸類零件的大部分特點，包含軸肩、中心孔、螺紋、退刀槽、越程槽、錐度等結(jié)構(gòu)特點，如圖1所示。該零件毛坯選用φ80mm×745mm的圓棒料，材料為鋼35CrMo，屬于中合金調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，其中Cr含量為0.8%～1.1%，Mo含量為0.15%～0.25%，具有良好的靜力強度、沖擊韌性和較高的疲勞強度，其化學(xué)成分如表1所示，因此需根據(jù)其力學(xué)性能進行熱處理工序安排與加工方案制訂。該零件屬于車鉆復(fù)合零件，總體尺寸為φ75mm×741mm，其中零件主要加工要素如下：車削錐面、M24x1.5LH-6H內(nèi)螺紋；φmm外圓、φmm外圓、φmm外圓；鉆削φ9mm深8mm盲孔和φ5mm的通孔，要求兩孔位置垂直；磨削錐面并進行光整加工，保證表面粗糙度為Ra0.4um，外圓跳動0.015mm；磨φmm外圓、φmm外圓、φmm外圓，保證外圓表面粗糙度為Ra0.8um，保證同軸度要求0.015mm。該零件以φmm外圓、φmm外圓為設(shè)計基準，在加工過程中要合理地進行基準轉(zhuǎn)化，保證基準的統(tǒng)一性和互換性。綜上所述，分離機主軸零件包含車削加工、鉆削加工、磨削加工等多道工序，為了保證零件的加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，必須對工藝進行優(yōu)化研究，并設(shè)計鉆孔工序的專用夾具[2]。
2分離機主軸零件加工工藝方案制訂
2.1確定加工方案及設(shè)備選用
分離機主軸零件圖如圖2所示，根據(jù)表1所示的零件技術(shù)要求和材料特性確定工藝方案：毛坯探傷檢測，熱處理方式為調(diào)質(zhì)處理，磨削后磁力探傷檢查，錐面涂色檢驗。根據(jù)圖1和圖2所示，零件加工方案選用車削加工，鉆削加工、磨削加工等，最終確定零件的加工方案：車、鉆、磨、檢、熱、探傷、鉗。根據(jù)確定的加工方案選擇如下機床設(shè)備與刀具：設(shè)備：普通車床（CDE6140A）、數(shù)控車床（CDK4083Si）、外圓磨床（M1332B）、立式鉆床（Z5140）、磁力探傷機床。刀具：90°車刀、45°車刀、中心鉆、B5切槽刀、φ22錐柄麻花鉆、φ22.5錐柄麻花鉆、盲孔鏜刀、Sandvik系列數(shù)控車刀、φ9直柄麻花鉆、φ5直柄麻花鉆。
2.2擬定工藝路線
由于零件外圓、內(nèi)孔的加工精度和表面粗糙度不同，加工方法也不同，根據(jù)零件的技術(shù)要求分析，參照機械制造工藝手冊的規(guī)定，按照先加工基準，然后先粗后精、先面后孔的工藝基本原則，制訂主軸零件的工藝路線[3]。主軸加工工藝路線如表2所示。
2.3關(guān)鍵尺寸及幾何公差加工
2.3.1錐面加工零件錐面的表面粗糙度為Ra0.4um，加工采用粗車→精車→粗磨削→精磨削的加工方法，通過兩次磨削達到零件表面粗糙度要求。同時，精磨削錐面必須安排在所有磨削工藝的最后，80工序精車端面螺紋時要保護錐面，防止表面磕碰或劃傷。
2.3.2M24x1.5-LH-6H螺紋加工主軸兩端的M24x1.5螺紋，是連接其他零件的主要部分，必須嚴格保證其6H的精度。同時，零件需要磨外圓，保留中心孔結(jié)構(gòu)，因此在粗車和精車加工工序中不能進行螺紋的加工，磨削加工完成后再進行螺紋的加工，這樣可以保證零件加工過程中基準的一致性，從而滿足零件的幾何公差要求。在加工螺紋的過程中，為了保證螺紋的精度和表面質(zhì)量，需要反復(fù)加工螺紋3次，進刀量逐級減少，第1次進刀量0.8mm，最后1次進刀量≤0.3mm，應(yīng)用此加工方法加工出的螺紋可以滿足圖紙要求6H精度和表面質(zhì)量。
2.3.3φ9和φ5孔加工主軸零件φ9孔為盲孔，φ5孔為通孔，φ9孔加工過程中，由于麻花鉆鉆削過程中，鉆頭刀刃區(qū)域產(chǎn)生高溫，為了保護刀具和保證加工質(zhì)量，需要開啟冷卻液，同時注意及時排屑，防止刀具斷裂[4]。
3鉆孔夾具設(shè)計
鉆孔夾具是用于鉆床上的鉆、擴、鉸孔的機床夾具，包括定位裝置、夾緊裝置、導(dǎo)向機構(gòu)和夾具體等部分。該零件屬于大批量生產(chǎn)，為了提高生產(chǎn)效率，保證加工質(zhì)量，提高企業(yè)產(chǎn)能，筆者利用企業(yè)現(xiàn)有的夾具配件設(shè)計裝配了一套快速裝卸的鉆孔夾具，如圖3所示。該鉆孔夾具結(jié)構(gòu)簡單，可以快速裝夾零件，具有良好的通用性。鉆孔夾具由12部分構(gòu)成，其中包括V型塊、滑動襯套、T型螺栓、墊片、六角螺母、鉆模板、平口螺釘、可換鉆套為夾具的導(dǎo)向機構(gòu)、快速夾鉗機構(gòu)、內(nèi)六角螺釘、支撐板和夾緊壓頭，通過這幾部分的配合完成主軸的定位夾緊過程。
3.1定位與夾具方案
根據(jù)六點定位原理，保證零件準確定位的準則，必須限定零件6個方向的自由度，即x、y、z軸方向的移動和三個軸線方向的旋轉(zhuǎn)[5]。設(shè)計的主軸鉆孔夾具采用夾緊壓頭和V型塊限制零件的6個自由度，如圖4、圖5所示。通過螺母的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)夾緊壓頭與主軸外表面的貼合點、V型塊的結(jié)構(gòu)，限制零件沿軸向移動，即可限定軸向移動和轉(zhuǎn)動，滿足了定位要求，避免了主軸零件重復(fù)定位而引起的定位干涉[6]。夾緊裝置采用快速夾鉗機構(gòu)能快速安裝夾緊零件外圓，通過扳手的轉(zhuǎn)動夾緊壓頭6與主軸零件。調(diào)整扳手的角度控制夾緊力大小，通過加工實驗，該定位夾緊機構(gòu)可以滿足主軸加工需要，極大提高了生產(chǎn)效率，縮短了加工周期?？焖賷A鉗機構(gòu)如圖6所示。
3.2零件鉆孔過程
分離機主軸加工過程中，將主軸放置在V型塊上，通過定位靠板限制零件沿軸向方向的自由度，調(diào)整快速夾鉗機構(gòu)的夾緊壓頭，對主軸進行快速夾緊，最終通過鉆套鉆孔，保證了零件的定位準確性和安裝方便性。鉆孔夾具具有良好的通用性，可以根據(jù)不同的零件調(diào)整導(dǎo)向機構(gòu)和夾具機構(gòu)的位置，以方便不同零件孔的位置加工。
4結(jié)束語
筆者針對分離機主軸零件的結(jié)構(gòu)特點，分析了零件技術(shù)要求和關(guān)鍵尺寸，制訂了合理的零件加工工藝路線方案，還根據(jù)零件兩個孔的加工方案，設(shè)計了一套鉆孔專用夾具。通過企業(yè)的生產(chǎn)實踐驗證了該零件工藝路線的正確性和所設(shè)計的鉆孔夾具的有效性、可靠性，滿足了設(shè)計要求和工藝要求，所設(shè)計的鉆孔夾具可以被運用于不同類型的軸類零件鉆孔生產(chǎn)，為軸類零件的加工提供了參考。
參考文獻：
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作者：李小龍 胡二樂 單位：運城職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系