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弯轴压孔加工工艺及精镗压轴孔夹具 关键词： 弯轴压轴孔，加工工艺，镗孔夹具 摘要：本次设计是对弯轴零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计。 弯轴零件的主要加工表面是平面及内孔。由加工工艺原则可知，保证平面的加 工精度要比保证孔的加工精度容易。所以本设计遵循先面后孔的原则。并将孔 与平面的加工明确划分成粗加工、半精加工精加工阶段以保证加工精度。基准 选择以零件底平面为粗基准加工出四垂直孔底平面，以弯轴零件四垂直孔底平 面作为精基准。主要加工工序安排是先先加工四垂直孔和两上平面，再以四底 平面为基准加工压轴孔艺孔。整个加工过程需用镗床、铣床等。 目录 前言.1 1 弯轴零件的工艺分析.2 1.1 零件技术要求的分析.2 1.2 零件结构的分析.2 2 毛坯的选择.3 3 机械加工工艺规程.3 3.1 工艺路线.3 3.2 工艺基准的确定.3 3.3 工艺流程.4 4，精镗压轴孔夹具.5 4.1 定位基准.5 4.2 夹具尺寸及公差确定.5 4.3 工件的装夹.5 结束语.6 参考文献.7 前言 机械加工工艺规程，是规定零件机械加工工艺过程和操作方法的重要工艺 文件。它不仅是企业生产重要技术文件，也是机械过程中用于指导生产、组织 加工和管理工作的重要依据，还是新建和改建工厂和车间的基本资料，是实现 产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，是企业进行生产 准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据， 也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。 然而夹具又是制造系统的重要组成部分，不论是传统制造，还是现代制造系统， 夹具都是十分重要的。因此，好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和 提高加工精度，降低生产成本等。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求,企 业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。所以对机械的加工工艺及夹具设计 具有十分重要的意义。 弯轴压孔加工工艺及精镗压轴孔夹具 弯轴是用于轻轨列车上的关键零件。一般客车的轮对是两个轮子压在同一 根轮轴上，轮子和轮轴一起转动，轮对两端装有轴承及轴承座，车厢通过一系 列较复杂的机构装在两端轴承座上，车厢前后装有两组轮对，这样组成客车车 厢，能在导轨上运行。而轻轨列车的弯轴简化了轮子与车厢的复杂连接，车厢 减震系统直接装于弯轴上，在弯轴两端压入轮轴，在轮轴上装入滚动轴承及车 轮。列车运行时弯轴及轮轴不转动，通过滚动轴承只要车轮滚动，这样是国外 先进的结构，但是弯轴制造较复杂，难度大，精度要求高。 该零件为单位小批量生产 1 弯轴零件的工艺分析 1.1 零件技术要求的分析 弯轴与机构中的零件通过紧配合，减震等作用。形状对称，尺寸要求，形 状精度要求均较高。两个 134 mm 的孔为主要配合孔，两孔的同心度必须50。 保证在 0.1mm。两孔轴心与两端端面的垂直度 0.02mm，且圆柱度要求 0.02mm。 四周 70.5 mm 四孔上公差为，四孔之间位置0.2mm，且四孔底部与与压轴2.01 孔上部的平面距离是 325 mm。见附图 1.50 1.2 零件结构的分析 弯轴零件主要有内孔，平面，零件通过紧配合，减震等作用。形状对称， 尺寸要求，形状精度要求均较高，弯轴 属于轴类零件基本加工表面有 4 个垂 直方向的孔，2 个水平方向的压轴孔以及 2 个上平面组成。 4 垂直方向的孔主要 采用画线铣和镗加工，2 上平面主要采用画线铣床上进行加工， 2 压轴孔采用画 线粗镗，半精镗，补焊，回火，最终在夹具上精镗。 弯轴加工要求也很高，弯轴四周有 70.5 mm 的四个垂直孔，该四孔中201。 心距较大，分别为 1100mm 和 480mm，中心距公差为0.2mm，弯轴两端压轴孔 精度要求最高，孔径为 134 mm，孔的圆柱度为 0.02mm，并且是里口大外5.0 口小，弯轴两端孔的相互位置也有要求，假设弯轴两端孔分为 A 与 B，要求 A 对 B 轴线的同轴度为 0.1mm，A 孔的外平面与 A、B 的轴线垂直度为 0.02mm，另 外 A-B 轴线对称 4 个 70.5mm 的垂直孔对称度要求是0.1mm，该形位公差是 立体空间位置公差（垂直轴线对水平轴线） ，属于加工难度较高的公差要求。 弯轴采用铸钢件，材料是 C 级钢，对于弯轴零件的铸造毛坯，需要的材料和 机械性能试验和化学成分析，对铸造后的弯轴要做正火和回火 2 种热处理，并 且进过磁粉探伤和射线探伤，铸件要求很高。 2 毛坯的选择 毛坯的选择与零件的实际作用，材料，形状，生产性子以及在生产过程中 获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下及种：1、型材 2、锻造 3、铸造 4、 焊接 5 其他毛坯。根据零件的材料要求以及零件在机构中的作用，最终制造方 法是锻造或铸造。 该零件材料是 C 级钢（铁路设备专用钢材） ，当选用锻造时，因为毛坯种类 的选择不仅影响毛坯的制造工艺、设备及制造费用，而且对零件机械加工工艺、 设备和工具的消耗以及工作时定额也都有很大影响，由于毛坯精度低，加工余 量比较大，生产类型为单件小批量生产，锻造费用较高。综合上述考虑，采用 铸钢件，铸造缺陷不得超过 TB/T 1464-91 中 3.14 项的要求范围。 3 机械加工工艺规程 3.1 工艺路线 因为弯轴是铸钢件，在加工中铸钢内部有的缺陷经过加工会显露出来，铸 件内部有缩孔，夹沙，等铸造缺陷，而这是成品检验所不允许的，所以确定弯 轴加工工艺为：粗加工补焊铸件缺陷局部回火（A,B 两孔）半精加工 精加工。由于粗加工与精加工之间的加工余量较多，铸造缺陷在粗加工后没有 显露出来，另外粗加工压轴孔时因为工件装夹变形，加工余量大工件走动而且 粗加工机床精度较低，加工余量不可能会很少，所以在粗加工与精加工之间增 加了一道半精加工工序。 四垂直孔主要采用画线方式进行机加工，利用工装装夹紧零件，校对所划 得线，铣出 4 个 70.5 孔的底平面，再以底平面为基准镗出 4 个 70.5 的孔 以及 2 上平面。 压轴孔粗加工主要采用画线的方式进行机加工，用四个 70.5 孔的底平面 为基准，螺栓穿过 70.5 的孔进行压紧，校对所划的线进行粗加工，再利用工 装装夹紧进行半精镗加工、在补焊、回火过后再利用夹具定位进行精镗压轴 3.2 工艺基准的确定 在机械加工工艺路线确定以后，要选择工件的工艺基准，在制定零件加工 的工艺规程时，正确选择工件的定位基准有着十分重要的意义。定位基准的选 择正确与否，不仅影响到零件的尺寸精度和相互位置精度，而且对零件个表面 的加工顺序也有很大的影响。 对于弯轴来讲，选择 4 垂直孔底平面为水平方向的工艺基准，虽然该 4 孔 底平面没有加工要求，但它符合作为基准的一种要素，在弯轴整件上是距离相 距较远的点，处于同一平面上。选择弯轴侧面带螺孔的搭子作为横向工艺基准， 在加工过程中横向工艺基准还有一次工艺基准的转换，在加工 4 垂直孔时，以 搭子平面为横向工艺基准，在精加工先后的程序中，相距同一侧的两个孔中心 连线作为横向工艺基准，这样选用基准是为了保证两压轴孔加工孔的 A-B 轴线 对 4 孔的对称度达到0.1mm。 为了保证追最终成品的尺寸满足图纸要求，并且便于加工及测量，所以对加 工弯轴必须确定工艺尺寸及公差。 在垂直方向上，尺寸基准要尽量与工艺基准在相同方向上，选择以 4 垂直孔 底面作为尺寸基准，并把产品要求的尺寸转化为工艺尺寸。 在弯轴中产品分辨标注为分段高度：800.5mm,1150.2mm,1300.5mm。 工艺尺寸标注为：800.1mm,1950.1mm,3250.4 如下所示： 这样标注时，加工过程中很容易确定加工精度，而且测量容易，高度保证尺寸 要求： 195mm-80mm115mm 尺寸公差 0.1mm+0.1mm=0.2mm 325mm-195mm130mm 尺寸公差 0.1mm+0.4mm=0.5mm 在横向基准尺寸上 4 垂直孔的横向距离为：4500.2mm,对称度为 0.1mm，所以 4 垂直孔距工艺尺寸为 4500.05，而且标注压轴孔对 4 孔中心距 为 2550.05mm，这样加工后的对称度尺寸才能保证为 0.1mm,则对称度为： 0.05mm+0.05mm=0.1mm. 3.3 工艺流程： 5）弯轴毛坯 10）清理：去除铸件飞边，毛刺，外形缺陷，补焊 15）划线:检查毛坯，划出高度校对线及检查线 20）铣垂直方向平面：加工底平面，4 个搭子上的平面，压轴孔 2 端 顶面平面 25）铣横向平面：铣横向搭子平面，铣横向搭子开档 30）铣轴向端面：铣压轴孔两端平面 35）划线：划 4 个 70.5mm 的孔和压轴孔 40）粗镗孔：镗 4 个 70.5mm 的孔和压轴孔 45）半精加工压轴孔 50）补焊：补焊压轴孔内铸造缺陷 55）局部回火：压轴孔补焊部位进行局部回火，回火温度 520 560持续 3 小时 60）精镗压轴孔：用夹具最后精加工压轴孔 65）钳工去毛刺打磨外形 70）各项检验 75）油漆，包装，装箱 4 精镗压轴孔夹具 4.1 定位基准 定位基准尽可能与工艺基准一致 选用 4 垂直孔定平面为一个定位基准，可以限制供 3 个自由度及 2 个方向 移，x,y 方向的旋转。 选用 2 个 70.5mm 垂直孔定位，可以限制 z 轴方向的旋转，X 方向的位移 这样限制了零件在 X,Y,Z 方向的旋转，X,Z 方向的位移，共限制了零件 5 个自 度，这样就可以对 Y 方向进行顺利加工 4.2 夹具机构 夹具选用大平板形成夹击体为一块 130060040 的大平板，在该平板上 安装有 4 个等高垫块，安装位置在 4 个垂直孔相应的位置，该 4 个等高铁就是 水平定位，在 4 个等高铁的同一侧的上面分别设计有一处圆柱销和一处菱形销， 这种圆柱销加菱形销的结构就是通常对凌空定位的基本形式，可以对两孔轴线 定位，又避免了 2 孔因加工误差而不能装入夹具内的麻烦。 4.2 夹具尺寸及公差确定 1）平板要有一定的刚性，因为面积较大，所以选用厚度为 40mm 的钢板， 平面上下面的平行度为 0.02mm 1） 块等高铁必须等高，其误差为 0.01mm，这样装于底板上总体平行度为 0.02mm+0.01mm=0.03mm。 2） 柱销与菱形销的定位直径选用比定位孔最小尺寸少 0.02mm,才能顺利将 工件安装，因为定位孔图纸标定为 700.2mm，如果按图纸尺寸做，定位销 外径应设计为 75mm-0.02 到-0.03，这样定位销当孔位最大尺寸 70.7 时对 称度会偏移0,去，再加上前面的0.1mm 加工误差最终成品对称度最大可达 0.2mm，已超差 1 倍，所以 4 垂直孔加工尺寸应改为工艺尺寸 70.60.015mm，两定位销的尺寸为 70.580.05，这样制作的零件最终对 称度因安装因素造成的误差为 0.015mm0.05=0.02mm，见附图 2。 4.3 工件的装夹 1） 与机床连接的底板上设计有 4 个压装孔，与机床的 T 型槽对应，可安 装于机床上 2） 个等高垫块中心设计有 4M20 的螺孔，可用于弯轴在夹具体上的安 装 3） 具体上装有 4 个 M12 的吊环，用于夹具的吊装。 工装示意图见附图 2 弯轴压孔加工工艺及精镗压轴孔夹具，主要是对弯轴压孔加工工艺及精镗 压轴孔夹具进行设计。弯轴的加工工艺设计主要是确定加工工艺路线，压轴孔 夹具的设计主要是设计正确的定位夹紧机构，在本设计中的加工工艺路线正确 合理，夹具的紧定位夹机构也能达到定位夹紧的目的，能够保证压轴孔的精度。 结束语 弯轴的加工工艺及压轴孔设计，主要是对压轴孔加工工艺和夹具进行设计。 弯轴的加工工艺设计主要是确定加工工艺路线，压轴孔夹具设计主要是要设计 出正确的定位夹紧机构。在本设计中工件的加工工艺路线正确合理，夹具的定 位夹紧机构也能达到定位夹紧的目的，能保证加工工件的精度。在设计中遇到 了很多问题。经过自身的不断努力，这些问题都一一解决。在这个过程中，对 机械加工工艺和夹具设计有关的知识有了更深的理解，增强了对本专业综合知 识运用的能力，使我对专业知识、技能有了进一步的提高，为以后从事专业技 术的工作打下基础。毕业设计中存在不足之处，希望老师指出。 参考文献 1 李旦等，机床专用夹具图册，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005。 2 何玉林，机械制图，重庆：重庆大学出版社，20001983。 3 李洪，机械加工工艺师手册，北京：机械工业出版社，1990。 4 机械工程基础与通用标准实用丛书编委会，形状和位置公差，北京：中国计划出 版社，2004。 5 贺光谊等，画法几何及机械制图，重庆：重庆大学出版社，1994。 6 丁骏一，典型零件制造工艺，北京：机械工业出版社,1989。