偏心轴车削加工方法
工艺分析和研究
韩 伟
经纬股份公司榆次分公司
技术中心试造部
偏心轴车削加工方法工艺分析和研究
山西榆次经纬纺机技术中心试造部 韩 伟
摘要：在车床加工轴类零件中，经常遇到偏心轴类的加工，选择加工方法的正确决定着零件完工质量精度的要求和时间进度的要求。本文旨在通过比较偏心轴车削加工的三种传统方法的工艺特点，并在此基础上通过改进、创新，设计夹具，找到一种适合大批量、零件精度要求高的偏心轴的加工方法。
关键字：偏心轴 车削加工
1、引言
在零件的组成表面中，回转面用的最多，车削特别适于加工回转面，因此车削的加工方法应用的更加普遍。车床加工零件时，工件绕某一固定轴线回转，各表面具有同一的回转轴线，故易于保证加工面间同轴度的要求。偏心轴类的零件由于具有不同的回转轴线，加工的过程中，由于偏心的存在，就要绕各自的回转中心车削，因此就需要分几次装夹，并且需要夹具来保证。本文就车床加工偏心轴类零件的三种传统方法的车削工艺作出分析、比较，并设计夹具，找到一种适合大批量、零件精度要求高的偏心轴的加工方法。
2、三种传统车削偏心轴方法的工艺分析、比较。
车床加工偏心轴类零件一般有以下三种方法：双顶尖法、三爪自定心卡盘加垫法、偏心轴套法。下面就三种车削加工工艺方法做详细的分析和比较。
2.1 双顶尖法
车削偏心轴的第一种方法是双顶尖法。双顶尖法适合长轴类偏心零件的加工。工艺方法是：备料后，在镗床铣两端面钻中心孔并根据图纸的偏心量钻偏置中心孔，保证两端面偏置中心孔在同一方向的同一位置。车同心外圆时，三爪卡盘夹轴一端，轴另一端顶中心孔车削；车偏心外圆时，三爪卡盘夹一顶尖，顶轴一端偏置中心孔，轴另一端顶中心孔车削，在三爪卡盘处安装一随动装置（雷同磨床加工外圆的方法）。双顶尖方法工艺较简单，较普遍、适于单件或小批量零件的加工，成本也比较低、但零件加工的精度不高。
2.2 三爪自定心卡盘加垫法
偏心轴车削第二种方法为三爪自定心卡盘加垫片法。此种方法使用较普遍，也比较传统。适用于轴类零件的加工，特别适用于偏心孔盘状零件的加工。工艺
方法和双顶尖法的前几道工序均一致，铣端面并钻中心孔和偏置的中心孔，为车削同心、偏心外圆时作准备。车削偏心轴的偏心外圆时的工艺方法如图1所示，在三爪自定心卡盘上任一个卡爪，在卡爪与工件φD 圆柱面之间垫上一块厚度预先计算好的垫片，垫片厚度可按公式计算：
x = 1.5e + k
k = 1.5 ∆e
∆e = |e –e ' |
式中 x ----- 垫片厚度
e ----- 工件偏心距
e ' ----- 试车后实测工件偏心距
k ----- 修正系数
∆e ----- 试车后偏心距的误差值
图1 三爪自定心卡盘加垫片法图示
下面以图1所示的工件为例来说明一下垫片厚度的整个计算过程，φD = 35mm ，φd = 20mm ， e = 3mm ，则x = 1.5e + k = 1.5×3 + k = 4.5 +k ，按照计算厚度1.5×3mm = 4.5mm ，预选4.5mm 厚度垫片在卡爪上垫好后试车，测出试车后的实测偏心距为 e ' = 2.85mm ，∆e = |e –e ' | = 3 – 2.85 = 0.15(mm ), k = 1.5 ∆e = 1.5 ×0.15 = 0.225(mm ) ，x = 1.5e + k = 1.5 ×3 + 0.23 = 4.73(mm ), 4.73mm 就是修正后的垫片厚度x ，也就是图1所示的工件采用三爪自定心卡盘加垫片法车削时要加的垫片厚度。
三爪自定心卡盘加垫法加工出来的偏心轴质量较差，不稳定，偏心轴的偏心
量e 的尺寸精度以及两轴中心线的平行度难于保证，与操作者操作能力的高低有很大关系，易出废品，而且需要试车、测量、计算后才能确定最终的垫片厚度，花费的准备时间比较长，成本比较高。因此，三爪自定心卡盘加垫法只适宜单件生产时采用。
2.3 偏心轴套法
偏心轴车削第三种方法为偏心轴套法。偏心轴套法工艺方法和双顶尖法的前几道工序均一致，铣端面并钻中心孔和偏置的中心孔，为车削同心、偏心外圆时做准备。
偏心轴套法的加工方法如图2所示，在工件加工至大端φD 的外圆尺寸后，将其插入偏心轴套的φD 的内孔中，然后用三爪自定心卡盘夹紧偏心轴套的的外圆。由于偏心轴套轴向开有1.5---2mm 的槽，偏心轴套受到的三爪自定心卡盘卡爪的夹紧力后会自动收紧并夹紧工件，在偏心轴的另一端顶尖顶偏置的偏心孔。偏心轴套的外圆的中心线2与工件小端外圆φd 的中心线1同轴，偏心轴套的φD 的内孔的中心线4与工件大端外圆 φD 的外圆中心线3同轴。此时即可车削工件的偏心外圆到尺寸。偏心套外圆上沿轴线方向开有1.5---2mm 的通槽，此槽的作用是使偏心轴套受到三爪自定心卡盘卡爪的夹紧力后自动收紧并夹紧工件。
图2 偏心轴套法图示
偏心轴套法比三爪自定心卡盘加垫法提高了生产效率，缩短了校正和计算时间。但由于偏心轴套轴向开有通槽，夹紧工件时偏心轴套会产生变形导致对中性
受到影响，使偏心轴的偏心量的尺寸公差和两轴中心线的平行度均受到不良影响，工件加工也难以达到较高的尺寸精度和形位精度。因此，偏心轴套法适用于批量较大但对工件的精度要求不是太高的偏心轴的车削加工的场合。
3、偏心轴车削的新方法偏心轴套加胀紧套法的工艺、特点、分析。
比较传统偏心轴车削的工艺特点、加工方法以及各自的原理，为提高生产效率，为进一步提高偏心轴的尺寸精度和形位精度，在偏心轴套法的基础上通过改进、创新，设计了偏心轴车削的新方法偏心轴套加胀紧套法。
偏心轴加胀紧套法的加工方法如图3所示。在图3中主要是偏心轴套加胀紧套法的专用工装夹具。该夹具由偏心轴套、自对中胀紧套组成，其中自对中胀紧套由支撑套、胀紧套右套、胀紧套左套、螺钉组成。此方法与偏心轴套法的基本工艺相同，所不同的是采用的偏心轴套在于：本夹具的偏心轴套不需要开轴向槽，工件靠自对中胀紧套胀紧在偏心轴套的内孔中，然后将偏心轴套夹紧在三爪自定心卡盘中，即可对工件的φd 段的外圆进行车加工。工件小头外圆φd 的中心线、偏心轴套外圆的中心线和三爪的中心线同轴；工件的大头外圆φD 的中心线与偏心轴套内孔的中心线以及自对中型胀紧套的中心线同轴。自对中胀紧套由专业厂家生产可以作为外购件采购到，其自对中性能非常好，胀紧后，可保证轴与轴套之间的同轴度小于0.02mm ，因此，可以显著提高偏心轴的尺寸精度和形位精度。
图3 偏心轴套加胀紧套法图示
下面就自对中胀紧套的胀紧原理进行简要分析。如图3所示，胀紧套左套的法兰左端面圆周上均布6个通孔，胀紧套右套的法兰左端面上对应圆周上均布6个螺纹孔，胀紧套左套、胀紧套右套均为锥形开口环，未胀紧时，胀紧套左套法
兰的右端和胀紧套右套的法兰的左端面在支撑套的作用下存在3mm 间隙，胀紧时用扳手均匀地按对角拧紧6 个均布螺钉，胀紧套左套在支撑套的限制下原地不动，胀紧套右套整体自动向左移动，由于胀紧套左套、胀紧套右套均为锥形开口环，所以胀紧套右套的锥形开口环有径向向外移动的趋势从而压紧偏心轴套的内孔的表面，胀紧套左套的锥形开口环有径向向内运动趋势从而压紧工件的φD 外圆表面，工件便可以可靠地夹紧在偏心轴套的内孔中，加工完毕后拆卸时，均匀地拧松所有螺钉，将6只螺钉中的3只拧入胀紧套左套法兰的左端面圆周上均布3个螺纹孔中（此螺纹孔为拆卸专用孔），并使螺钉将顶紧胀紧套右套法兰的左端面，使两个锥形环慢慢被顶分开，从而可以顺利地将工件从偏心轴套中取出。以图3 所示的φD = 30mm 、φd = 40mm 、e = 4mm 的偏心轴为例，选用KTR 250自对中胀紧套规格为 30mmx 41mm ，此规格的胀紧套可以承受的切削力矩达到499N 。m 、可以承受的轴向切削抗力达到33kN ，因此夹紧安全可靠。该方法实践证明，用此种工装加工出来的偏心轴质量精度好、生产效率高，拆装工件也简单方便，此法适用于批量较大且对工件的精度要求也较高的偏心轴的车削加工的场合。
4、结束语
通过对偏心轴车削加工的三种方法的工艺特点的分析、比较，并在此基础上，改进、创新，提出的偏心轴套加胀紧套法能大幅度的提高加工的精度要求，而且操作方便、生产效率高、成本比较低。因此，偏心轴套加胀紧套法作为偏心轴的车削的新方法值得推广、应用。