装配式凸轮轴的工装设计

2018-03-26海军驻兴平地区军事代表室陕西713105

金属加工(冷加工) 2018年3期

■ 海军驻兴平地区军事代表室（陕西 713105）高博

■ 陕西柴油机重工有限公司（兴平 713105）魏有理段建华

柴油机凸轮轴分为整体式和装配式。其中装配式凸轮轴为细长轴类零件，并带有多缸键槽，由于零件过长加工难度大，设计时一般将零件分为几段通过法兰连接起来。凸轮轴在装配后，有较高的技术要求，特别是凸轮轴两端的定位销孔及凸轮轴外圆上的键槽加工难度较大。其中凸轮轴两端的定位销孔要求各组装零件配铰加工，按一般方法只能设计钻模用手电钻加工，加工难度大，产品容易超差。凸轮轴外圆上的键槽尺寸、几何公差要求较严，各键槽间、键槽与定位基准孔间有着较严的角位要求，用普通设备加工难以保证加工要求，用数控设备加工装夹难度大，加工成本高。为此在分析零件的技术要求后，通过设计、应用专用的配铰钻模和凸轮轴键槽铣夹具，在通用设备上完成装配式凸轮轴定位销孔和键槽的加工，保证了柴油机凸轮轴的加工要求，降低制造成本，提高经济效益。

1. 零件技术难点分析

以某型柴油机凸轮轴为例，该零件总长为5 012mm，由两端凸轮轴组装而成，以其中一段为例进行说明。该零件总长为2 452mm，直径为125+0.033+0.015mm，长径比达到19.6，属细长轴类零件。为了保证零件装配后配合良好可靠，零件装配时在φ6 5（H6/h6）的小间隙凸台及止口定位的法兰上设计了φ10H7销孔，要求两端凸轮轴配铰加工，安装时用定位销定位，防止零件的相互转动。φ125+0.033+0.015mm外圆有6个键槽，键槽宽度尺寸为32-0.026-0.088m m，键槽间存在一定夹角，各键槽间角度偏差要求≤±1 5′，并与装配基准孔φ10H7的角度偏差≤±15′，相对于凸轮轴外圆的对称度≤0.03mm。其结构如图1所示。

由以上分析可知该零件键槽加工过程中存在以下技术难点：

装配基准孔φ10H7要求配铰加工，一般用钻模及手电钻加工难度较大，加工效率低，难以保证加工要求。

图1 某型柴油机凸轮轴结构简图

键槽间角度偏差±15′及与装配基准孔φ10H7的角度偏差≤±15′要求较高，利用一般对线、分度头等加工方法难以保证。

键槽相对于凸轮轴外圆的对称度≤0.03mm，由于零件属细长轴，刚性装夹过程存在装夹变形，难以保证。

通过结构分析和加工工艺方案研究，设计了配铰钻模及角位分度盘，在通用设备上实现了零件的高效精密加工，保证了零件的技术要求，提高了加工效率。

2. 夹具设计

配铰钻模设计。通过对零件的技术要求进行分析，为了保证零件上φ10H7装配基准孔的高度一致，我们在设计钻模时采用了如图2所示的钻模，在镗床上对零件进行加工。该钻模用凸轮轴的装配基准φ65h6凸台为中心定位，定位孔与零件选用小间隙配合G7/h6配合，该钻模上同时设计了定位凸台φ65g6与另一段凸轮轴止口φ65H7定位，对钻模上的定位止口和凸台提出了较高的同轴度要求，保证φ10H7的位置一致性，确保加工出的φ10H7孔与零件中心距离一致。钻模上设计了φ9mm、φ9.8mm和φ10mm（件号1、2和3）的速换钻套，用于对φ10H7孔钻、扩、铰，保证定位孔尺寸要求和精加工时铰刀和钻套孔的精密配合。钻模用钩头压板固定在零件上。利用此配铰钻模可在镗床上分别加工两个零件的φ10H7装配基准孔且位置度可满足装配要求，加工效率大大提高，加工难度降低，效果良好。

角位分度盘。为了保证零件键槽间及与装配基准孔φ10H7的角度偏差，我们设计了角位分度盘，其结构如图3所示。该工装以零件上的φ65h6凸台（另一段凸轮轴以φ65H6止口）为中心定位基准，同时利用菱形定位销，以零件的装配基准孔φ10H7为角位定位基准，根据零件的键槽相互角度，确定铣键槽的六方分度盘上各六方面间角度为60°±2′，在加工零件键槽过程中，通过螺栓、垫圈和螺母将零件与六方分度盘紧固在一起，机床主轴始终保持水平不动，通过旋转六方角位分度盘上的6个平面，并用直角尺靠紧垂直平面，控制直角尺六方角位分度盘上平面间隙≤0.05mm，保证零件的精确旋转定位，从而保证各键槽间的角度公差要求，加工效率大大提高。