陈 益

（常州铁道高等职业技术学校，江苏 常州213011）

0 引言

内燃机是一种通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。凸轮轴是发动机里的一个部件，控制气门的开启和闭合动作，主要承受周期性的冲击载荷。凸轮与挺柱之间的接触应力很大，相对滑动速度也很高，其工作表面的磨损比较严重。因此凸轮轴轴颈表面除应有较高的尺寸精度、较小的表面粗糙度和足够的刚度外，还应有较高的耐磨性和良好的润滑性，其表面加工质量将直接决定内燃机的排放质量。因此，合理安排凸轮轴的加工工艺显得尤为重要。本文着重于凸轮轴数车精加工工序，分析其在加工过程中的装夹方案，以便高效、高质量地加工出合格的零件。

1 难点分析

凸轮轴是轴类零件，利用数控车床车削是必不可缺少的加工工序之一。凸轮轴在数控车床上加工所采用的装夹方式一般为一夹一顶（即一卡盘夹紧一顶尖顶住）或一夹一中心架支撑。图1为用于数控车床精加工的凸轮轴零件，由于该凸轮轴总长比较短，槽宽比较窄，利用刀架作为数控车床中心架移动的动力，中心架可移动的范围小，只能位于法兰或右端第一个凸轮上，因此合理选用夹具装夹极为重要。

图1 凸轮轴精车工序图

2 装夹方案分析

通过对凸轮轴的结构与工艺进行分析，若要在数控车床上两次装夹，保证加工精度，有两种方案：一是采用前道工序加工出的基准面进行两次装夹，二是采用专用的夹具对凸轮轴进行安装。

2.1 采用前道工序加工出的基准面进行两次装夹

前道工序在加工过程中也有两种方案：（1）用卧式加工中心来加工，定位元件选用两V型块。工件上用两V型块组合定位，定位时定位面的直径误差要控制在0.1mm之内，镗削或铣削加工两法兰外圆面及在两端面上加工中心孔，这样数车上加工时需要的所有定位基准面就全部加工出来了。（2）用外圆磨床去磨两法兰外圆面。在磨床上装夹方式是采用两顶尖孔定位，虽在磨床上装夹两次，但两次定位基准都是两顶尖孔，磨床上加工好后，两顶尖孔和法兰外圆面就是数车加工时的基准面。在卧式加工中心或外圆磨床上加工好的工件在数控车床上两种装夹方案均采用一夹一顶方式，其加工精度都可得到保证，但此方案仅适用于小批量的生产，且加工效率不高。

2.2 采用专用夹具进行两次装夹

采用专用的夹具装夹，既能保证加工精度又能实现大批量的生产，其效率也较高。

2.2.1 专用夹具第一次装夹凸轮轴

在数控车床上第一次装夹先采用两顶尖定位方式，加工所有的外圆面和各槽，然后在加工好的法兰外圆面上支撑中心架，加工左端面和孔，加工位置如图2所示。此处使用顶尖定位的卡盘是专用夹具，其顶尖起定位作用，3个卡爪起夹紧作用，各个卡爪夹紧行程可不相同，最多可差别5mm。专业夹具结构如图3所示。

图2 数车第一次装夹加工工序

图3 专用卡盘

2.2.2 专用夹具第二次装夹凸轮轴

在数控车床上第二次装夹先采用一夹一顶定位方式，卡盘是软爪，夹持在第一次装夹加工好的法兰圆面上，顶尖顶在第一次装夹在卡盘端的中心孔上，加工所有的外圆面和各槽，然后在加工好的法兰外圆面上支撑中心架，加工端面和中心孔，加工位置如图4所示，这样数控车床上两次装夹过程中加工精度都得到了保证。

图4 数车第二次装夹加工工序

3 装夹方案的确定

由于方案一需要增加一道工序去加工定位基准，而且凸轮生产线上的加工设备目前还不具备加工能力，因此决定采用方案二。方案二的专用夹具只需将原有的卡盘改装就可使用。根据现有凸轮轴的结构对其卡爪夹持范围和顶尖孔的位置进行改造，改造后效果如图3所示。为保证装夹进度，在专用卡盘装上数控车床后，调节3个安装螺栓，确保顶尖上的跳动在0.02mm之内，然后拧紧3只螺栓上的放松螺母。第二次装夹的软爪也要在装夹之前确认其跳动在0.02mm之内，如超差也要对软爪重新进行车镗加工，确定其跳动在要求范围之内。

4 结语

凸轮轴数控车削加工过程中装夹方案的选择是难点，此次通过对其结构的分析确定了合理的装夹方案——专用夹具装夹。选用该装夹方案仍能保证定位基准的统一原则，确保凸轮轴在该工序中的加工质量；利用该夹具可以省去加工定位基准面的工序，只需对现有的夹具进行适当改造就行，大大提高了加工效率，节省了加工成本，且可以进行大批量的生产。

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