车床钻削轴上偏心深孔夹具

济钢集团重工机械有限公司 （山东济南 250101） 张文周

在机械加工领域，当孔的直径和孔的深度之比超过1:25时则属于深孔加工的范围，钻削难度相对较大，生产效率相对较低。对于细长轴上的深孔，当轴的中心与深孔中心一致时，常规方法是采用枪钻在卧式车床上加工，或采用专用深孔钻床等方法。当在细长轴上存在偏心的深孔时，细长轴就不能直接在车床或深孔钻床上装夹钻孔，如炼钢连铸机上大批量使用的细长连铸辊轴，长度均在2m以上，就属于此种类型的工件。本文重点介绍了如何使用卧式车床来高效钻削细长轴上的偏心深孔，实现低成本制造。

1. 在卧式车床上钻削偏心深孔的难点分析

用车床钻削偏心深孔时，要求偏心深孔的中心线必须与车床主轴回转中心线完全一致，然而由于轴的外径中心和深孔中心的偏离，如直接将深孔与车床主轴对中，其结果必然造成轴的外径与车床的回转中心线也产生偏离，当细长轴在高速回转时将产生巨大的离心力，造成工件和车床剧烈振动而无法钻孔，此情况下，常规采用在镗床主轴上安装枪钻进行钻孔，但镗床转速较低，须增设枪钻专用的增速器以提高主轴转速，这与卧式车床相比，镗床的生产成本远高于卧式车床，形成“大马拉小车”的局面，极大地增加了制造成本，很不经济，一般企业难以承受。

偏心夹具结构示意图

2. 偏心深孔夹具的用途

本着提高钻削效率和降低产品制造成本的原则，我们设计了在卧式车床上使用的一种夹具，将细长轴安装在夹具内，一起夹持到车床的卡盘上，并通过夹具的独特结构来平衡细长轴高速回转时的偏心力，能够顺利地在卧式车床上完成细长轴上的偏心深孔钻削加工。

3. 偏心深孔夹具结构原理

该夹具的基本原理是制作一个空心夹持套，将细长轴偏心地安装于夹持套内，并使轴上的偏心深孔中心线与夹持套的回转中心线一致，尽管此时细长轴自身的中心线与夹持套回转中心线不一致，但夹持套的外部预先设置了配重块，可抵消细长轴在高速回转时产生的离心力。

该夹具的基本结构（见附图I放大图），夹持套的前、后两端各设置1个偏心法兰，其偏心量与深孔的偏心量须完全一致，且2个偏心法兰内孔中心线须在同一轴线上。取下前偏心法兰，即可快速地把细长轴穿入夹持套内，再安装并紧固前偏心法兰，则细长轴的两端部外圆进入到前、后偏心法兰内孔中自动快速地定位，此时，夹持套的中心线和偏心深孔的中心线均与车床主轴中心线一致，即可把组装好的夹持套直接安装在车床上卡盘上，钻头可以沿着车床主轴中心线进给，实施高速钻削。为抵消细长轴自身在夹持套内的偏心所造成的巨大离心力，在夹持套的外圆上预先设置了用螺栓或焊接方式固定的配重块，可保持夹具与细长轴组合体在高速回转时能够处于平稳状态。

为获得夹持套高速回转灵活的效果，在夹持套远离车床卡盘的一端外圆上设置了轴承。为进一步固定好安装于夹持套内的细长轴，在夹持套中部的外圆上设置了夹紧螺钉。偏心深孔钻削加工完毕后，拆下前偏心法兰，松开夹持套中部外圆上的夹紧螺钉，即可取出细长轴工件。

4. 夹具的具体结构和使用方法

（1）夹具的组成部分中定位螺钉、轴承和夹紧螺钉属于普通标准件。

（2）夹具制作要求。夹持套4可采用钢管制作，其两端的内孔须进行机加工并保证两端内孔的同心度，以实现与前、后偏心法兰的外圆配合良好，安装轴承的外径部位可按轴承内孔的配合需求加工。在制造前、后偏心法兰时，需将2个法兰结合成一体后同步加工其外圆和内孔，以保证2个偏心法兰的外圆直径一致、内孔偏心量一致，且该内孔的偏心数值必须与细长轴上深孔的偏心量相同。

（3）夹具组装要求（见附图）。①将后偏心法兰7采用焊接或螺钉径向顶紧的方式固定于夹持套4的后端内孔中。②安装前偏心法兰3，并精确调整和检测前、后偏心法兰7的内孔同心度，该同心度的指标十分重要，将直接决定着细长轴在夹具内的安装精度，故这是关键的组装步骤。检测和调整同心度时，一般调整至0.01～0.03mm之内，推荐如下方法：一是利用数控回转工作台，很方便地用千分表拉表检测；二是在划线平台上由钳工拉表检测；三是当具备条件时用三坐标仪检测最为准确。用以上方法确认同心度后，从夹持套4的前端外圆上与前偏心法兰3一起配钻定位孔（附图的放大部位），这样在安装前偏心法兰3时，定位螺钉1首先拧入夹持套4上的螺纹孔内，进而进入前偏心法兰3的光孔中准确定位，以后每次拆卸或安装前偏心法兰3时，该法兰可始终保持稳定的位置，始终与后偏心法兰7保持稳定的同心度。③安装轴承2、夹紧螺钉5和配重块6，本夹具组装完成。

（4）夹具的使用。使用夹具时，可快速拆下前偏心法兰3，把待加工的细长轴安装于夹持套内，再安装前偏心法兰，细长轴的两端部外圆即进入前后偏心法兰3与7的内孔中自动快速地定位，并使得细长轴上的偏心深孔中心正好与夹持套4的中心线一致，并一起对准车床主轴线，拧紧夹紧螺钉5后，钻头即可沿着车床主轴中心线进给钻削。轴承2的外圈与车床中心架接触，用以支撑夹持套4轻松灵活地高速回转。配重块6的质量可以通过精确计算获得，也可以根据平衡试验的实际数据确定。

偏心深孔加工完毕后，拆下前偏心法兰，可方便地取出加工好的细长轴，然后装入后续待加工的其他细长轴，重复上述步骤再钻削另一个偏心深孔。

5. 使用效果与结论

使用该夹具，可以在卧式车床上实现对细长轴上的偏心深孔加工，能够充分利用车床资源，取代镗床或专用深孔钻床等价值较高的设备；细长轴上偏心孔的位置能够自动对正车床主轴中心线，不再需要对刀找正的辅助时间，减轻车床操作者的劳动量，特别是在大批量钻削偏心孔时，更能显现该夹具装夹方便、高效钻削的特点。

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