风车轮夹具的改进

摘 要：本文主要针对本校实习工厂的风车轮产品在加工的过程中，存在加工的质量不高，各孔加工精度难以保证，生产效率较低等的问题，结合公司实际情况，进行加工工艺和夹具的改进，从而全面提高了风车轮的加工合格率和效率，同时外观得到了很大的改善，取得了显著的经济效益。

关键词：风车轮；工艺；夹具；加工；改进

一般金属切削机床加工零件的内孔时，只方便加工一个孔的套类零件（如车床）或者加工内孔长度较短孔径不大的孔系零件（如铣床、数控铣床等）。对于一些零件有多个台阶孔而且长度较长的加工，一般要在镗床上镗削。镗床的价格较贵，一般的机加工及制造企业是没有镗床的，但普通车床就一定有。如果能想办法使普通车床加工出此类零件，就具有较高的实用价值。

今年7月，学校实习工厂承接了香港某会展中心排风机构中风车轮的加工业务；据了解，该排风扇的风叶展开直径为15m，转速为30r/min ；风车轮零件（图1所示）为铝合金压铸而成，经机械加工后还需黑色阳极处理；是该排风机构中用于安装风叶、传递动力的重要零件，各孔的尺寸精度、形状精度、相对位置精度都直接影响机器的稳定性、安全性、和使用寿命。

笔者对风车轮的加工工艺状况和存在的问题，结合实习生产车间的实际情况，进行了的工艺改进和夹具的制作，将原数控铣床加工孔的工艺改成车床镗孔工艺，并制作了专用夹具，安装在普通车床的中拖板上，加工了一批如图l所示的风车轮零件的轴承孔，很大程度上降低了加工成本，全面提升了该产品的经济效益。得到了香港客户和同行的一致认可。

1 目前加工工艺状况

1.1 加工工艺路线

毛坯铣中心平面（3S-立式炮塔铣床）镗孔φ55+0.050mm（铣床，一次装夹完成）铣

削相对平面，并钻该平面上各孔以中心平面上φ10+0.0150 孔为定位孔镗 φ56+100mm、

φ60+0.050mm四边八孔（数控铣床）钻攻各螺纹孔及沉头孔（3S-立式炮塔铣床）。

1.2 图纸分析

从风车轮图纸（图2纸所示）和原工艺来分析：该零件为对称零件，各尺寸精度、位置精度和形状精度要求较高，中心孔径为φ55+0.050 mm，四边八孔的相对距离尺寸为316±0.05mm、孔径为φ56+0.010 mm、 φ60+0.050mm的台阶孔，同轴度、平行度要为0.05mm内、孔端面垂直度为0.05mm、圆柱度为0.08mm的范围内，4个φ10+0.0150 mm的定位孔位置度为0.025mm 原使用3S-立式炮塔铣床（以下简称炮塔铣）和数控铣床加工，很难达到图纸的要求。

1.3 主要存在的问题

（1）中心平面在炮塔铣上加工由于工件四周比中间高，且加工余量大（图4），没法用大刀盘一刀过，用小于中心平面的铣刀加工，自然就出现了接刀痕迹和刀纹，难以保证平面度和表面粗糙度；中心孔φ55+0.050 mm用的是微调镗刀（BC16，即刀杆直径16mm，有效长度66mm），由于刀杆直径小、在炮塔铣床上镗削时产生振动和回弹，造成内孔椭圆、孔径尺寸超差，且生产效率低。

（2）四边八孔采用的是数控铣床加工，夹具如图3所示，刀具是微调镗刀；该产品单边是两个同轴的台阶孔，每镗好对边的两个孔后要松开工件转90°再镗削另外对边的两孔，分四次装夹镗完；存在积累的定位误差而造成了同轴度超差，微调镗刀的刀杆直径16mm，刀杆旋转产生挠度和回弹，一定程度上还造成孔的圆柱度超差和椭圆，难以达到图纸要求，且效率低。

2 工艺改进的思路

针对上述存在的问题，经过综合分析如下：

（1）车间现有的设备是炮塔铣床、C6240车床（大连产的马鞍车床）、手摇平面磨床和数控铣床。

（2）经过计算该产品的对角长度为438.05mm（工件旋转的话即回转直径），可用C6240车床加工中心平面和中心孔；利用工件旋转加工可解决中心平面在铣床上加工产生的粗糙度误差、形位误差和尺寸误差。

（3）解决没有镗床的局限性，四边的八个孔采取在车床上通过专用夹具一次装夹、一次校正、一次镗削完成2组4孔的加工，减少了定位上的积累误差，从而提高风车轮单边两端台阶轴孔φ60+0.050mm、φ56+100mm的尺寸精度、同轴度和对边两端台阶轴孔的平行度和距离316±0.05mm的精度。

1.其他螺纹孔、定位孔及沉头孔用炮塔铣床结合电子尺加工。

2.充分利用夹具的综合功能，以达到提高工作效率的目的。

3 工艺分析与工艺改进

3.1 工艺分析

（1）风车轮毛坯（图3所示），压铸件，材料为ZL114A。

（ 2）为保证中心平面与中心孔垂直，可利用工艺搭子和三爪卡盘装夹，在车床上将中心平面和中心孔一次粗、精加工完成；达到图纸的尺寸要求，并保证两端面相互平行，Ra值等于3.2μm 。

（3）掉头车，用四爪卡盘装夹，用百分表校正（利用已加工的孔为校正基准来约束待加工面的垂直度和平行度），车相对的中心平面。

（4）以已加工面和孔为基准，在炮塔铣床上结合电子尺加工（钻铰）四个 mm的定位孔。

（5）四边八孔的相对距离尺寸为316±0.05mm、孔径为φ56+100mm、φ60 +0.050mm的台阶孔，同轴度要求在0.05mm、孔端面垂直度为0.05mm、圆柱度为0.08mm的范围内，Ra值等于1.6μm，要达到以上精度，只能一次装夹完成2组4孔的镗削。根据现有的条件，可将加工件安装在专用夹具上通过车床来镗削完成（车改镗）。

（6）利用中心φ55+0.050mm孔和四个φ10+0.0150mm的孔定位，在车床上对四边的8个孔进行镗削加工，镗刀杆上左右两头分别装有正反刀，利用车床大拖板的左右进给，一次完成2台阶孔为1组加工，达到图纸的要求。

（7）以中心φ55+0.050mm孔和四个φ10+0.0150 mm的孔定位，在炮塔铣床上结合电子尺分别加工各部分螺纹孔和沉头孔2，达到图纸的要求。

3.2 工艺改进

风车轮（图2纸所示）经加工后四边八孔的相对距离尺寸为316±0.05mm、孔径为φ56+0.100mm、φ60+0.050mm的台阶孔，同轴度要求在0.05mm、孔端面垂直度为0.05mm、圆柱度为0.08mm的范围内，关于定位基准的选择，主要从以下3个方面来分析：

（1） 从图纸来分析，该产品为一对称零件，因压铸毛坯已经有了工艺搭子，所以粗基准选该工艺搭子和相邻的面为粗基准，利用三爪自定心卡盘装夹加工，相对面和φ55+0.050mm孔一次完成粗精加工。刀具用内孔刀和 车刀，材料为YG6。

（2） 相对的中心平面的加工以已加工的面和孔为基准，掉头车，用四爪卡盘装夹（考虑到产品的批量不算大，为节约夹具成本所以用四爪单动卡盘装夹，缺点是每个需要校正），用百分表校正（利用已加工的面和孔为校正基准来约束待加工面的垂直度和平行度）。

（3）由于该产品为一对称零件，因而所有的定位基准都选择己加工好的中心平面和中心孔φ55+0.050mm和4个定位孔φ10+0.0150mm作为定位基准，这样可以实现基准的统一性，减少定位误差。

（4）简便可行，改造方便，操作简单，不需专门培训，现有车工即可完成。

4 专用夹具的制作

车床上镗削两端 φ56+100mm、φ60+0.050 mm的台阶孔，必须使内孔轴线与车床主轴轴线重合。制作专用夹具时必须考虑保证加工件内孔轴线对基准面的尺寸距离和平行度。

4.1 根据以上基本要求，车床专用夹具（图5所示）的制作如下：

（1）考虑到材料的综合性能，滑板1、底板3、垫板4均用HT150制作而成，支承板5用45钢调质；加工方式：铣削―钻攻螺纹―调质―磨削。

（2）为解决一次装夹完成2组4孔的镗削加工，利用了车床中滑板的导轨；滑板1的底面铣削出燕尾槽，与车床中滑板尺寸吻合，并装上斜楔；滑板的横向两侧加装挡块，与车床横导轨两侧加装的靠山结合定位；加工方式：铣削―钻攻螺纹―磨削。

（3）各销钉孔的加工在装配调整好后再加工。

（4）镗刀杆11尺寸的确定：镗杆直径和长度对刚性影响较大，直径受到孔径的限制，但尽量大些，一般取d=（0.6～0.8）D，粗镗用小值，精镗用大值。d=0.6×55=33mm，为了增加主轴系统的刚性， 取镗杆直径40mm。

镗孔直径D，镗杆直径d，镗刀截面B*B之间的关系为：

D-d/2×（1～1.5），取B×B=10×10

镗刀杆11与刀套10均用45钢调质；加工方式为：粗车―线切割（装刀孔）―铣削（调刀槽）―钻攻压刀螺钉孔―调质―精车―磨削。

（5）调整楔铁4用45钢淬火；加工方式为：铣削―钻攻螺纹―淬火―磨削。

（6） 锁紧螺柱9用45钢淬火；加工方式为：车―淬火。

（7） 钻铰各定位销孔，定位销、螺母采用标准件。

4.2 改进后的加工工艺路线：

毛坯 车中心平面、车φ55+0.050mm中心孔（C6240车床、三爪卡盘）掉头车相对中心平面，控制尺寸 （C6240车床四爪单动卡盘，校正）钻铰四个φ10+0.0150mm定位孔（3S-立式炮塔铣床结合电子尺）镗φ56+100mm、φ60+0.050mm的8个台阶孔（C6240车床、专用夹具，2次装夹、2次转位）钻攻4-M8螺纹（3S-立式炮塔铣床） 钻16-M5沉头孔。

5 在车床上的加工工艺和镗削步骤

5.1 专用夹具的安装与校正

（1）专用夹具的安装。把中滑板卸下，然后在中滑板上装上专用夹具，即可在车床上进行镗削工作。

（2）专用夹具的校正。①专用夹具安装在中滑板上，然后用百分表校正定位基准面，使该定位基准面与车床主轴平行，紧固件进行预紧。②中心高利用调整楔铁4和量块结合百分表进行矫正，紧固件进行预紧。③滑板横向移动距离，先固定两侧的挡块，然后用量块结合百分表来调整与车床横导轨两侧的靠山定位；④各部分校正好后钻铰销钉孔，打销定位、紧固件锁紧。

5.2 工件的装夹（图7所示）

镗刀杆穿入工件通孔内，工件安放在专用夹具上，利用面板上的定位销定位，移动中滑板（直至定位块与中滑板导轨上的靠山接触），然后将镗刀杆主轴端装入主轴孔并用吊杆锁紧，尾座端用顶尖顶入（松紧适度）；锁紧夹具、锁紧工件。

5.3 镗削加工的具体步骤

镗削用量参考表

根据此表确定切削用量及选择刀具：

（1）粗镗φ56+100mm 、φ60+0.050mm的台阶孔（留精加工余量0.5mm，毛坯为φ52mm ）；粗镗镗刀选择高速钢，切削速度取 v=120mm/min，每转进给量取f=0.7mm/r

由公式：n=1000v/πd得 n=1000×120/π×56=688.10（r/min）

在车床上取700r/min

由公式：vf=fn 得

vf=0.7×700=490（mm）

切削液：煤油；左右孔类同。

（2）精镗φ56+100mm 、φ60+0.050 mm的台阶孔；粗镗镗刀选择硬质合金YG6，切削速度取v=150mm/min，每转进给量取f=0.10mm/r

由公式：n=1000v/πd得n=1000×150/π×56=860.12（r/min）

在车床上取 900r/min

由公式：vf=fn 得vf=0.10×900=90（mm）

切削液：煤油；左右孔类同。

（3）镗好第1组孔后松开滑板锁紧螺栓，刀杆松开装入工件相对的通孔内，移至另一个靠山定位再锁紧即可加工；

（4）转位镗削相邻2组4孔时只需松开锁紧螺母，将工件转位90度装入销钉孔内加工即可。

（5）使用内径百分表、外卡钳结合千分尺测量。

6 结论

实践证明，通过以上的工艺和夹具改进后，使风车轮加工效率得到了显著提高：原先的工艺光在炮塔铣床上铣削面和镗孔，一天（以8小时算）只能加工2个孔；数控铣床镗削那四边的八个孔，一天也只能加工2个孔；而今在车床上车面和孔，一天可以加工8个；镗削那四边的八个孔，一天能加工6个；经过检验，用此法加工，尺寸和精度完全满足要求，且有如下优点：

（1） 节省投资镗床设备的大量资金。

（2） 充分利用现有设备，使之满负荷工作，提高设备利用率。

（3） 改造成本低，只需制作一工装和镗杆，材料为铸铁、普通钢板和圆钢，而且只需简单机械加工。

（4）简便可行，改造方便，操作简单，不需专门培训，现有车工即可完成。

（5）对于非专业生产厂家或中小批量生产来说，利用现有设备资源进行挖潜改造，不失为一种投资省、见效快，而且是切实可行的有效途径。

参考文献

1 吴拓.机械制造工艺与机床夹具[M].机械工业出版社，2009

2 北京第一通用机械厂编.机械工人切削手册[M].机械工业出版社，1995

3 黄祥成，邱言龙，尹述军.钳工技师手册[M].机械工业出版社，2000

4 蒲祥林.金属切削机床夹具设计手册[M].机械工业出版社，2004

Improved windmill wheel clamp

Abstract：This article mainly aims at Deep Geep Germany Technical school’s factoy of wind wheel products in the processing of existing processing quality is not high，each hole machining precision is difficult to ensure，the production efficiency lower problem，According to the actual situation，processing tate and efficiency，at the same appearance considerably improved，achieved remarkable economic benefit.

Key Words： wind wheel technology process improved