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球閥閥芯類工件車床加工專用夾具的設計與應用

2020-12-13 來源：中山（shān）火炬職業技術學院作者：張亞民，吳磊，李慶達，張淩雲

摘要：針對普通車（chē）削加工閥芯（xīn）類工件內孔及外圓弧麵存在的困難，設計（jì）出專用夾具，解決了閥芯類工件的裝夾、形位公差（chà）及加工精度等問題，保證了加工質量（liàng），並提高了加工效（xiào）率。

關鍵詞：閥芯（xīn）類工件；車床加工；專用夾具

0 、前（qián）言

閥芯類零件是生產中經（jīng）常遇到的零件，其外圓為圓弧麵而且精度要求高（gāo），在普通車床上車削圓弧麵（miàn）一直是（shì）困擾車工的棘手問題，因（yīn）為普通車床隻有縱（zòng）向（xiàng）或橫向的自動進給，圓弧麵車削要靠操作人員（yuán）雙手控製兩個托板實現，操作難度大，效率底下，質量很難保證[1]。雖然（rán）操作人員製作了很多車削圓弧麵的夾具，但都是解決一些特定的問題，不能解（jiě）決（jué）通用性的問題（tí），而且不能自動進給車削[2]。

如果（guǒ）設計一種通用性的車床刀架，使（shǐ）得車刀能夠沿圓弧做自動進（jìn）給運動，就可以在普通車（chē）床上自動進給車削圓弧麵，從根本（běn）上解決加工圓弧類零件的難題[3]。

1 、閥芯（xīn）類零件分析

某一閥芯類零件（jiàn）尺寸如（rú）圖 1 所（suǒ）示。

圖示零件內外圓的尺寸精（jīng）度要求（qiú）較高（gāo），特別是外圓（yuán）圓度公差。因零件外圓為圓弧麵，精加工不（bú）能作為定位基準，故精加工考慮先加工（gōng）內孔，再以內（nèi）孔定位加工外圓。

此零件如果用數控車床加工，工藝及夾具要求更複雜，而且效率（lǜ）並不高，故可通過設計專用夾具（jù）在普通車床上加工。

2 、夾具設計（jì）

2.1 夾具（jù）設（shè）計思路

普通車床隻能做橫向或縱（zòng）向（xiàng）直線自動（dòng）進給運動[4]，設計一種（zhǒng）可以（yǐ）旋轉的刀架（jià），通過一定的機構將（jiāng）車床（chuáng）中托板的橫（héng）向運動轉換為刀架的旋轉，就可（kě）以達到（dào）車削圓弧的目的，而且中托板可（kě）以自動進給，進給量可以（yǐ）調整（zhěng），可以有（yǒu）效保證圓弧麵的加工質量，提高加（jiā）工效率。

2.2 夾（jiá）具結構

為了實（shí）現上述（shù）目的，設（shè）計的夾具結構如圖 2 所示。該裝置包括鎖刀螺栓 1、車刀 2、刀（dāo）架 3、上滑板（bǎn）4、下滑板 5、轉盤（pán） 6、底（dǐ）座 7、底板（bǎn） 8、方頭螺栓 9（4個）、固定螺栓 10（2 個）、螺栓 11（2 個）、固定板 12（兩個）、傳動鋼絲 13、手輪 14 組成。底板 8 通過（guò） 2 個固定螺栓安裝在車床床鞍 15 上（利用（yòng）車床上已有的安裝跟刀（dāo）架的螺孔），底板上有 T 形槽，底座（zuò） 7 可在底板上移動，調整好位置後通過 4 個方頭螺栓 9 鎖（suǒ）緊，轉盤 6 安裝在底座 7 上，中間安裝內孔及平（píng）麵軸承，可以（yǐ）在底座上轉動，轉盤與下滑板（bǎn） 5 緊固連（lián）接，上滑板 4 與下滑板燕尾槽配合，其結構和車床小托板相同，（有固（gù）定在下滑板上的絲杠和上（shàng）滑板上的螺母（mǔ））通過轉動（dòng）連接在（zài）絲杠上的手輪 14（手輪上（shàng）有刻度盤（pán））實（shí）現上刀，控製加（jiā）工圓（yuán）弧尺（chǐ）寸，刀架 3 與上滑板緊固連接，車刀 2 通過鎖刀螺（luó）栓 1 鎖緊，傳動鋼絲 13繞轉盤一圈後兩端固定在 2 個固定板 12 上，2 個固定板通過 2 個（gè）螺栓 11 固定在（zài）車床的中托板兩（liǎng）端（需在中托板上相應位置加工兩個螺紋孔），當中托板自動進給時通過傳動鋼絲可以使轉盤自動旋（xuán）轉，從而將車床（chuáng）中托板的自動進給轉變為車刀 1 的旋轉運動，實現自動車削圓弧的功能。

本夾具的主要特征（zhēng）在於通過固定在中托板兩（liǎng）端並繞轉（zhuǎn）盤一周的鋼絲（sī）將中托板的直線運動（dòng）轉變為圓盤的旋轉運動，旋轉半徑（加工零件尺（chǐ）寸）可以（yǐ）通過調整下滑板及（jí）刀架手（shǒu）輪（lún）（手輪有刻度）實現；通過調整刀架位置（zhì）和方向（xiàng），可以加工內圓弧麵，也可以加工外圓麵，這種傳動方式製造成本低、安裝方便、傳動平穩，並且在切削不順利造成切削力過大時，既當切削力大於（yú）鋼（gāng）絲與轉盤的（de）摩擦力時，進刀會停止，有（yǒu）效防止刀具和工件的損壞，是一種通用性強、可以作為車床附件的（de）裝（zhuāng）置[5]。

3 、閥芯加工工藝（yì）

用上述裝置解決圖 1 類零件的加（jiā）工，不僅效率高，而且質量穩定，可以進行較大批量的生產（chǎn），其工藝分析如下：

3.1 粗加工

為了提高效（xiào）率並節省材料，粗加（jiā）工采用型材多件加工後鑽孔分離的工藝[6]。如圖 3 所示，以 5 件或更多件連體加工（數量可（kě）根據材料的剛性確定（dìng）），采用一夾（jiá）一頂裝夾，粗車（chē）外圓至準51 mm；切刀切槽（cáo），保證長度 50 mm，槽底（dǐ）準14 mm；圓弧麵粗車采用兩把成型刀左右兩側分別加工，成型（xíng）刀圓（yuán）弧半徑 R 大於25 mm，保證外圓（yuán）留 10 mm 長的圓柱麵，以便精加工內（nèi）孔時用三爪卡盤（pán）裝夾定位；用準14.5 mm 鑽頭鑽孔即粗加（jiā）工內孔並分離零件。

粗加工後零件尺（chǐ）寸如圖 4 所示，內孔及外圓留（liú）餘量 1~2 mm，長度 50 mm。

3.2 精加工

因外圓弧麵不能準確定（dìng）位，精加工時需（xū）先加工內孔，再以內孔定位加工外圓弧麵。內（nèi）孔精加工用普通三爪卡盤夾持圓柱麵準51 mm 即可，內孔兩端倒角後長度即符合圖紙要求。

內孔（kǒng）加工好後用上述夾具加工外圓弧麵。外圓（yuán）加工時需製作圖 5 所示兩端開（kāi）口（kǒu）的脹套（彈簧鋼調質處理），其外圓與零件內孔間隙配合，長度與零件長度一致，安裝時零件套在脹套上（shàng），脹套兩端用頂尖頂住後即可定位並安裝零件。

如圖 6 所示（shì），主軸端采用車床上加工的固定頂尖，材料（liào）為 45# 鋼調質處理，長度需考慮夾具與卡盤的安全距離，以加工時夾具與卡盤不（bú）碰撞為宜（yí），為保證同軸度，固定頂尖在車床（chuáng）上精加工後不要卸下，直接開始零件加工（gōng）。

夾具安裝如圖 7 所示。將圓弧加工裝置用螺栓固定在機床大托板安（ān）裝跟刀架的螺孔上（shàng），在機床中托板兩端加工螺孔並安裝夾具固定（dìng）板 12，將鋼絲（sī）繩繞夾具轉盤一周後（hòu）兩端固定在固定板上，調整（zhěng）好刀架位置及鋼絲繩長度。

工件的裝夾如圖 8 所示以脹套內孔兩端定位，脹套放入零件內孔，尾（wěi）座裝活動頂尖，頂住（zhù）尾座即可。移（yí）動機床大托板定位刀具至工件中（zhōng）心處（圖 8 夾具縱向對刀位置），通（tōng）過調節刀具長度或夾具手輪 14均可控製圓弧直徑，機床橫向自動走刀即可加工圓弧麵。為提高加工效率（lǜ），減少對刀次數，先半精車，再（zài）精車（用尖（jiān）刀加工時順時針、逆時針均可加工）。

3.3 加工工藝過程

綜上所述（shù），使用夾具（jù）加工該零件的工藝過程如表 1 所列。

4 、結語

本（běn）文所（suǒ）述“車床用工件圓弧加（jiā）工裝置”結構簡單，製（zhì）造成本低，使（shǐ）用方便（biàn），其最大特點是使得（dé）普通車床車刀能夠沿圓弧做自動進給運動，從根本上解決普通車床加工圓弧的難題，可（kě）以加工一些數（shù）控車床難（nán）以加（jiā）工的圓（yuán）弧麵類零（líng）件，經過生產實際應用，大大減輕了（le）操作（zuò）者的（de）勞動強度，提高了生產效率，保證了（le）加工產品的質量。

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