 编者按 介绍一种偏心锥孔的加工方法。通过特殊工艺和专用夹具，采用转换基准、一面两销的定位原理，解决零件的装夹和找正难题，保证了偏心锥孔的尺寸和位置要求。 在风力发电机组的锁定装置中，应用最为广泛的一类锁定套就是锥孔类零件，这种零件能较好地锁定风机，但是其制作工艺相对复杂。为了保证零件在使用过程中的质量可以符合技术要求，需制订一套合理、高效的加工工艺和加工方法。 1 锁定套尺寸 我公司生产的风力发电机组附件中，锁定套的最大加工难度为11.3°偏心锥孔（见图1），主要表现为锥孔与外圆3mm的偏心量及锥角偏差，以及锥孔表面粗糙度和硬度要求，成品检测接触面积60%以上，这些都不易保证。  图1 锁定套工件成品尺寸 2 加工路线设计 该零件属于回转体工件，一般采用车床加工。但传统的加工方法很难保证关键部位的技术要求，经过反复实践摸索，确定了如下工艺方案：毛坯锻造→粗车→划线→粗车偏心孔→调质→半精车外圆→钻定位孔→精车偏心锥孔→表面淬火→磨偏心锥孔→检验→锥孔倒角→划线→精车→铣腰型孔→钳工打磨。 按以上工艺路线，既要保证锥孔尺寸和表面粗糙度，满足60%以上的接触面积要求，又要保证锥孔偏心量和相互位置关系。为此，必须设计专用的偏心夹具和钻模工装。 3 专用偏心夹具及钻模设计 偏心夹具的作用是为了满足在普通卧车上加工偏心3mm的锥孔，按照常规的设计理念，通常使用工件大外圆与夹具的偏心内孔来完成配合定位，两者均设定严格的尺寸公差来获得较小的配合间隙，并且在锁紧套端面的6个30°腰型孔中心位置预加工合适的定位孔，用于确定工件在夹具中的偏心位置并依靠螺钉压紧工件。方法虽然简单，但也存在一定的弊端，当工件较重并且定位基准的直径较大时，紧密的配合间隙（0.02～0.03mm）使工件的定位和安装都比较困难，尤其是从夹具上卸下工件时，需要使用顶丝等辅助工具，费时费力。操作者反馈很不满意，急需改进偏心夹具的结构，并寻求一种快捷轻便的定位方法。 新设计采用基准转换和一面两销的定位原理，首先利用工件自身的腰型孔特征，以大外圆为基准，使用钻模定位预加工6个φ13H6工艺孔；偏心夹具的基本形状保持不变，依旧将定位止口和在车床上装夹的外圆设计成偏心状态，不同之处在于适当加大定位止口的直径尺寸，与工件大外圆保持0.1～0.2mm的配合间隙，既便于工件的装卸，又可以起到辅助定位的作用。然后在夹具定位面上精确加工出和锁定套偏心方向完全相同的6个φ13H6定位销孔。工件外圆与夹具止口配合后，按十字线找正，位于偏心锥孔垂直十字线对点上的两个销孔用于铰制孔螺栓定位，M12铰制孔螺栓定位杆尺寸φ13h9，与φ13H6销孔配合间隙0.02～0.03mm，可以满足定位要求，另外4个φ13H6销孔使用普通螺栓压紧，确保装夹牢固。工件与夹具对齐配合后，只需上紧和松开M12螺栓，即可完成工件的安装和拆卸，定位精准而又轻松自如。 偏心夹具的制作要求比较严格，先使用车床加工外圆，再使用数控铣加工偏心3mm的定位止口，并以此为基准钻镗6个φ13H6定位销孔，用于把合M12铰制孔螺栓，确保尺寸公差和位置精度。夹具在使用时，仅需对齐锁紧套与夹具的中心十字线，即可确定锥孔的偏心位置。 钻模工装用于保证6个φ13H6定位销孔和4个M10螺纹孔的位置关系，提高生产效率，钻模以锁紧套外圆为定位基准，配合止口和钻模底孔严格按照H6公差带制作，采用车床加工外形、止口，小数控铣加工钻模底孔，镶钻套，将定位销孔的位置度误差控制在0.02mm以内。 4 加工步骤和工艺参数 加工设备选用C630卧式车床，采用专用偏心夹具和专用钻模。工序安排如下： 1）外协锻造，毛坯外形尺寸φ360mm×100mm，内孔φ120mm。 2）钻车零件正心内孔，粗车φ350mm、φ260mm外圆及端面，单边留余量2.0～2.5mm。 3）在φ260mm端面划偏心锥孔十字线及圆加工线。 4）粗加工偏心内孔，单动卡盘夹φ350mm外径，按线找正，小刀架沿轴向旋转11.3°粗车锥孔，预留2mm加工余量，测量壁厚，保证偏心量（3±0.2）mm。 5）外协调质处理，硬度230～260HB。 6）夹φ260mm外径，靠平找正，检查调质后工件变形情况，精车大端面及φ350mm外圆至要求尺寸，将中心线引至φ350mm外圆，调头，卡爪垫铜皮夹φ350mm外圆，精车φ260mm端面及外径至图2所示半精车尺寸，倒角。  图2 工件半精车尺寸 7）上钻模，以φ350mm外圆为基准，预加工6个φ13H6工艺孔，保证位置精度0.02mm，钻4个M10底孔至要求尺寸，卸掉钻模手攻4处M10螺纹。 8）在车床上安装偏心夹具，径向允差0.03mm，端面跳动0.02mm，将工件装入偏心夹具内，对正工件锥孔与夹具止口的水平十字线，垂直十字线对点两孔用M12×70mm铰制孔螺栓定位把合，其余四孔用普通螺栓把合。小刀架调整角度，精车偏心锥孔大端至φ（178±0.1）mm，保证锥角11.3°±3′，如图3所示。 图3 工件的装夹 9）为预防热处理变形，锥孔表面采用高频淬火，淬火层深度2mm，硬度50～55HRC。 10）上平面磨床，以工件两端面互为基准，先磨平左端面，再磨平右端面，两端磨削量均为0.25mm，保证总长尺寸（90±0.1）mm。 11）内孔磨安装偏心夹具，找正径向允差0.03mm，端面跳动0.02mm，上紧工件后，精磨偏心锥孔，保证尺寸和表面粗糙度值Ra=1.6μm要求，以标准塞规涂色检验，达到接触面积60%以上使用要求，暂不倒角。 12）取下工件，专用量具检测锥孔尺寸和偏心量，不合格品及时返工。 13）测量合格后，上偏心夹具，倒锥孔大端圆角R2mm，小端倒角2mm×45°，注意先测量再倒角，否则无法准确测量锥孔尺寸。 14）钳工划线，将φ350mm外径上的偏心十字线延伸至右端面并划正心十字线，此十字线通过4处φ13H6定位孔的中心位置。 15）精车。夹φ350mm外径，以大外圆和小头端面为基准找正，径跳允差0.02mm，端跳允差0.01mm，精车台阶外圆至成品尺寸，按图倒R2mm和20°角。 16）以大外圆左端面为基准垫等高垫铁，按右端大面为基准找平，允差0.03mm，按正心十字线找正与机床X、Y轴重合；以大外圆为基准确定圆心，在φ300mm分度圆上以主视图垂直十字线上端为起始点钻6个φ17.5mm均布孔，换棒铣刀粗、精铣成6处腰型，注意旋向正确。 17）打磨腰型孔，棱边尖角倒钝。 5 加工方法验证 经工艺试验和批量加工，锁定套利用以上工艺方法，并正确使用偏心夹具和钻模工装，能够准确加工出偏心量3mm的锥孔，并保证偏心方向与腰型孔的位置关系，锥孔的形状尺寸和表面粗糙度均达到了图样设计要求，用户使用后非常满意，至今无不良市场反馈。 6 结语 工艺人员在编制加工方案时，需要对产品的设计及使用要求有全面了解，制定的工艺过程要合情合理，明确加工过程中的工艺基准和预留的加工余量。操作者在进行加工时，需要完全理解工艺内容和其中的要领，正确使用工装夹具并熟练掌握装夹和找正技巧，快速完成工件的定位，使工艺性及实用性都能够满足设计要求。同时使用专用的刀具和工具，规范操作流程，提高生产效率。 本文发表于《金属加工（冷加工）》2020年第8期第29~32页，作者：西安国水风电设备股份有限公司 张玲玲、吕仲虎，原标题：《带偏心锥孔锁定套的加工》。 |
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