赵 栋，张彩玲，陆诗彧

（兰州兰石重工有限公司，甘肃 兰州730050）

目前，机电产品发展趋势为功能更加多样和齐全，随之而来是零部件的精度越来越高，结构越来越复杂且体积越来越小，工程技术人员在不断研究和改进这些高精度复杂微小零件的加工工艺，传统的分序加工工艺已经不能满足零部件的精度要求，如采用分序加工，不仅重复定位误差大，占用人员和设备多，而且很难实现二次装夹。精密筒体部件是机械生产企业经常遇到的器件，尤其互相垂直方向上内孔、外圆的筒体加工难度较大，是该种零件加工的重点和难点[1]。将其在普通车床上加工，由于工件的尺寸精度、形位公差精度要求高，只能依靠专用工装完成工件的加工。本实用论述的方法提供一种安装在车床上加工互相垂直方向内孔、外圆的工装装置，可以较为方便的制造出高精度的筒体部件，解决在普通车床上加工结构复杂的筒体的问题，对提高生产率尤其是批量加工中具有十分重要的意义。

1 零件工艺性分析

我公司某型号产品中，有一种筒体零件，其三维模型图如图1所示零件，材料为20CrMnTi，是产品的核心零件，即在产品中起支撑作用，又对其余部件起着重要的连接和导向作用，因此对整个型号来说是关键部件。在图2零件结构示意图中技术要求中，筒身水平方向内孔精度要求较高[2]，其内孔表面粗糙度为Ra0.8，左端内孔和环槽对右端基准A内孔跳动为0.015 mm,图2中竖直方向内外表面间同轴度以及端面与水平孔轴线A的垂直度为0.02 mm，并且加工过程中零件不得变形，零件的热处理要求硬度26～28HRC.筒身十字交叉内外圆在普通车床上只能用专用工装装夹来加工，还要防止加工过程中的装夹变形，筒身刚度不足，多种变形因素使该筒体零件内孔尺寸精度及其与外圆的形状公差、壁厚差等加工精度难以保证。装夹和加工时应合理选择装夹方式和夹紧机构，保证装夹可靠且不超出允许范围的变形。

图1 加工零件三维模型图

图2 加工零件结构示意图

图2中筒身具有三组加工表面，它们之间有一定的位置要求，具体如下：（1）以φ20的外圆为中心加工表面；（2）两处垂直内外圆表面；（3）以 φ27的外圆为中心加工表面。它们之间的位置精度要求是：（1）φ20和φ27外圆加工控制两外圆同轴度 0.01 mm；（2）两端面加工控制平行度0.03 mm.在普通车床上加工互有相互位置要求且轴线互相垂直的两孔，常规方法无法装夹加工。分析过零件的结构特点和技术要求后，考虑设计产品的专用工装胎具，安排在普通车床上进行内孔和外圆的加工，先半精车左端内孔外圆、掉面半精车右端内孔外圆，内孔公差控制在0.03 mm，外圆留磨量0.4～0.5 mm；外圆磨磨外圆，控制两端面平行度0.03 mm，以这两个外圆为定位基准然后借助于定心精度较高的专用夹具对其垂直方向上内孔和外圆表面进行加工，保证它们的尺寸精度和位置精度。拟定的工艺总体思路是：锻造毛坯→热处理→铣削→钳工→外圆磨削→车削（专用工装装夹）→（其它加工工序）→成活入库。

2 工装设计和加工

工装夹具的设计在机械加工工艺中具有很重要的作用[3]。利用好的胎具可以保证加工质量，特别是保证被加工件工件的加工面与定位面之间的位置精度，提高生产率同时扩大机床的工艺范围，减轻加工难度和劳动强度，保证生产正常进行。为保证加工质量及零件的技术要求，需要设计专门的夹具。夹具的设计应满足以下特点：满足零件的加工精度要求、工艺性好、保证操作方便，提高生产效率[4]。由于该筒身零件结构较为特殊，根据胎具设计原则及零件毛坯形状，在卧式普通车床CW6140上加工，设计出了如图3所示的理想的工装夹具，设计的夹具在加工工件时能保证加工要求且其安装和拆卸要方便。用图2外圆定位装夹车成，装夹时内孔和端面要同时校正，以内孔和外圆互为基准，反复加工，释放机加应力[5]。

图4是工装三维模型图，图5是工装实物图。

图3中工装的组成及加工技术方案如下：安装在车床上加工互相垂直方向内孔、外圆及端面的装置：底座、轴承座、立块1、立块2组焊成一体，在底座加工安装定位轴3和定位轴4的定位孔；数控车加工底座上外圆和端面（用于车床加工时装夹工件），两轴承座孔在标镗上一次装夹加工成控制两孔同轴度0.01 mm.在两件轴承座孔内安装淬火件定位套，定位套孔内安装定位轴1、定位轴2，并用M8螺钉固定在轴承座孔内；加工时工件两端外圆安装在工装的定位轴1、定位轴2孔台内，拧紧螺钉固定；立块1和立块2高度端面与工件轴线共线，便于测量加工部位端面。其特征在于：所述底座上面加工有定位装置、夹紧装置，并有满足各零部件安装位置要求的定位轴和螺孔。上述操作可使工件实现准确的定心，保证了切削余量在个方向上的平均分配，满足外圆加工精度和表面粗糙度要求的同时提高了加工效率[6]。

图3 工装结构示意图

图4 工装三维模型图

图5 工装实物图

3 工装使用方法

筒身加工中用普通车床结合新型夹具，从工艺上保证相关垂直度要求，具有适用范围广，可大幅度降低操作时间，提升普通车床的利用效率。根据夹具设计及产品的最终形状尺寸要求，具体装夹及测量方法参见图2和图3所示，其工作原理及使用步骤简述如下：

步骤一：普通车床的三爪卡盘用于装夹图3中工装底座外圆，先去掉图3中定位轴3，用立块1两侧M10螺钉5顶紧图2中工件毛坯外圆（125），加工图 2 中（422）、（423）、（424）、（421）内孔、外圆和端面。夹具装夹时内孔和端面都要同时校正，端面尺寸测量借助立块1高度尺寸进行测量。

步骤二：将工件旋转180°，加工与基准面相垂直面上的孔。将图3中定位轴3垫弹垫16，用M16螺母固定在底座孔内，将步骤一加工好的图2中（423）内孔用图3中定位轴3定位，加工图2中（122）、（123）、（124）、（125）、（121）内孔、外圆和端面，端面尺寸测量借助立块1高度尺寸进行测量。

步骤三：上述步骤加工完成后，图3中工装整体偏移 52.42 mm，加工图 2中（221）、（222）的端面和外圆，端面尺寸测量借助立块2高度尺寸进行测量。

步骤四：工件旋转180°，将图3中定位轴4垫弹垫16，用M16螺母固定在底座孔内，将步骤三加工好的图2中（221）外圆用图3中定位轴4孔台定位，加工图 2 中（321）、（322）端面和外圆，端面尺寸测量借助立块2高度尺寸进行测量。

经过不断地探索和试验，本文所述的工装设计及装夹方法在普通车床上得到了成功的应用。由于本方法采用上述技术方案，使用该夹具对轴类零件进行定位装夹时，钻孔精度主要取决于夹具的精度，减少了人为操作的因素，使所钻孔相对于已有孔的位置及轴线相互垂直能易于得到保证，且装夹简单，易于操作，一次装夹完成表面及端面的加工。筒体先加工孔，然后以孔为精基准加工外圆。本文所设计夹具结构简单，制造和安装误差较小，可以保证好的位置精度。在加工过程中按照加工余量与变形量适时进行去应力热处理，选用正确的退火和时效处理工艺参数。加工出的工件符合技术要求，工件的定位和装夹比较方便，安全可靠。这种加工方法的应用十分简单和方便，其加工精度得到保证的同时有效地提高了加工效率，使大批量加工生产易于实现。

4 结语

（1）本文所述的套筒类零件防变形加工技术通过加工工艺基准，基准反复转换、利用多件定位轴定位加工图纸尺寸，本实用新型工装结构解决了空间尺寸无法测量问题。

（2）该工艺方法及工装夹具可以有效解决在普通车床上无法装夹和加工互相垂直方向上内孔、外圆和端面问题，提高了加工效率和成品合格率，大大降低了工件装夹和加工的工作强度，对类似筒体零件的加工提供了一种新的思路和方法，具有一定的参考价值。

（3）本文所述的方法及工装已经成功应用与某军品的成批生产中，目前技术成熟，加工质量稳定，为筒身类零件的加工创造了成功的案例，可适用于机械行业类似零件的加工。