典型偏心轴类零件车削加工方法探讨

张波涛

摘 要：本文对典型偏心軸零件进行加工工艺方案探讨研究。针对偏心轴类零件加工中的常见的尺寸超差、装配难保证问题，分析零件加工难点，通过制偏心胎、磨削装夹外圆减少了零件装夹误差，通过调整热处理余量法减少了零件热处理变形，通过压缩光杆尺寸法减少了零件装配误差，通过刀具优化减少了零件变形，通过优化切削参数提高零件加工效率。经过试切加工验证，该工艺方案可以有效改善偏心轴类零件加工质量不稳定的问题。

关键词：车削工艺;偏心轴;加工

引言

偏心轴类零件因其加工精度高，加工质量不稳定，一直是制造加工的难点。此类零件常用来实现回转运动与直线运动的转换，其加工质量尤其是偏心部位的尺寸精度更是直接决定着机构的运动状态。常见的偏心零件分为偏心轴与偏心套。外圆与外圆偏心的工件称为偏心轴;内孔与外圆偏心的工件称为偏心套。本文从典型偏心轴零件入手，对偏心轴类零件的加工技术做相应探究。该零件材料为不锈钢，是典型的偏心轴类零件。

1偏心轴零件工艺技术分析

偏心轴类零件加工过程中，常出现以下问题：

1.零件材料为不锈钢，加工过程中，由于不锈钢材料韧性大、热强度高、导热系数低，容易造成刀尖处切削温度高，从而导致产生积屑瘤，加剧刀具磨损、影响零件表面质量。

2.零件最大轮廓尺寸约为φ35×130（mm），热处理易变形，影响零件尺寸精度

3.保证零件同轴度的前提下，零件外圆相切处存在台阶，装配干涉;保证相切的时，零件的偏心间距又无法得到保证。

4.偏心轴光杆尺寸为Φ16f7（-0.016，-0.034）与双排滚针轴承16（0，-0.019）为过渡配合，存在安装不上的情况。

2偏心轴零件加工工艺设计

2.1偏心工艺方法梳理

2.1.1三爪卡盘加垫[1]

在长度较短，偏心距较小（e<6mm）的偏心工件，在加工时常用在三爪自定心卡盘的一个卡爪上增加一块垫片，使工件产生偏心来车削。加垫法适合于单件小批量零件生产试制，其垫片在装夹时不够便捷，受工人技能水平影响较大。

2.1.2制偏心胎

通过制作与零件偏心距一致的偏心胎，来实现偏心零件的加工。偏心胎法适合于大批量加工，在初次制作完成后，后续生产装夹简单，加工精度高，通过打百分表，单边精度可达0.01mm。

2.1.3四爪卡盘划线找正加工

依据对称卡爪对车床旋转中心的偏移量来确定偏心轴的偏心量（用百分表校对[2]） ， 这是一种试凑方法， 需要反复校正， 且无法达到较高的精度等级和公差要求， 如果是批量加工， 每加工一根轴要为此试凑校正多次， 生产效率太低， 同时达不到质量要求。

2.1.4制作偏心可调卡盘[3]

车削精度高、批量较大的偏心工件时，可以用偏心卡盘来车削。偏心卡盘分两层，底盘用螺钉固定在车床主轴的连接盘上，偏心体与底盘燕尾槽相互配合。偏心体上装有三爪自定心卡盘。利用丝杠来调整卡盘的中心距，偏心距e的大小可在两个测量头之间测得。当偏心距为零时，两测量头正好相碰。转动丝杠时，测量头逐渐离开，离开的尺寸纪委偏心距。两测量头之间的距离可用百分表或量块测量。当偏心距调整好后，用4只方头螺栓紧固，把工件装夹在三爪自定心卡盘上，即可进行车削，由于偏心卡盘的偏心距可用量块或百分表测得，所以可用获得很高的精度。

2.1.5制两顶尖孔车偏心轴

一般的偏心轴，只要两端面能钻中心孔，有鸡心夹头的装夹位置，都可以用在两顶尖间车偏心的方法。因为在两顶尖间车偏心轴与车一般外圆没有很大区别，仅仅是两顶尖在偏心中孔中加工而已。这种方法的优点是偏心中心孔已钻号，不需要花费时间去找正偏心;定位精度较高。

2.1.6宏程序制偏心

宏程序[4]是运用对数控系统存储器物理地址进行定义或赋值，可以对完成某一功能系列的指令动作存储，也可以实现对逻辑运算和算术运算的变量值或数存储。利用宏程序加工偏心工件，就是将偏心工件的轮廓曲线模型融合成一个偏心工件加工的程序。宏程序法制偏心的优势在于无须偏心装夹即可完成偏心零件的加工，但其需要工件转动轴与刀具径向进给联动，机床主轴需具备伺服功能才能实现轴的连续定位控制。

2.2工艺方案实施

2.2.1使用加垫法制作偏心胎

通过综合考量生产现场实际情况，结合各偏心工艺方法精度，采用制偏心胎法实现零件偏心部位的加工。利用所得垫片厚度，制造出用于零件外圆加工的偏心胎，使用偏心胎，符合基准统一的定位原则，零件φ22，φ16，φ12外圆均使用偏心胎φ40外圆为基准。使用偏心胎法加工偏心轴可以有效降低零件装夹误差，对工人技能水平要求低，加工质量稳定。

2.2.2磨削装夹外圆

为进一步减少尺寸误差，提高零件精度，在车削偏心外圆前，需增加磨削工序，对零件装夹定位部分进行磨削，使其公差保持在0.05mm以内。

2.2.3调整热处理余量

结合零件材料特性及零件尺寸，设置热处理余量为2mm，留足热处理变形余量。在热处理后，先利用车工去除大余量，再利用磨工精加工，保证同轴度等形位公差，消除因热处理变形引起的尺寸超差。

2.2.4压缩光杆尺寸

由于偏心轴光杆尺寸Φ16f7（-0.016，-0.034）与滚针轴承（0，-0.019）为过渡配合，存在一定的过盈量，故而会发生无法配合的问题。因此，在实际加工中，对外圆尺寸进行压缩，由Φ16f7改为Φ16（-0.024，-0.034），利使其配合关系转为间隙配合，保障了零件装配。

2.2.5切削刀具选择

针对易产生积屑瘤问题，在加工零件外圆时，需综合考虑刀具主副偏角与刀尖角。刀具主偏角为主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角，影响主切削刃的受力与导热能力。工人常用主偏角93°的刀具进行切削，该角度刀具有着较大的切削力，但是易造成零件弯曲变形，零件热处理后受到应力影响，弯曲变形会更加严重。刀具的副偏角是副切削刃在基面上的投影与背离进给方向间的夹角，减小副偏角可以减小工件表面的粗糙度值，但是过小的副偏角又会使背向力增大。刀尖角为主副切削刃在基面上投影间的夹角，影响刀尖强度和散热性能。结合零件外形，选用主偏角35°，副偏角6°的车刀，可以降低零件的切削力，减少零件变形程度，提高加工精度。

3验证分析

3.1车床上测量偏心距

对于偏心距较小（e<5），不易放在V形块上测量的偏心零件，可以将其夹持在车床上使用百分表进行测量其偏心距。测量时，将百分表侧头与零件偏心部位接触，缓慢转动零件，记录百分表的最大最小读数。其尺寸的最大值与最小值之差，就是零件偏心距的二倍。

3.2 V形块测量偏心距

对于偏心距较大（e≥5）的工件，可将零件放置在V形块上进行测量。测量时，转动偏心轴，用百分表测量出偏心轴的最高点h;再将百分表移动，测出偏心轴外圆与基准外圆的距离a，使用以下公式即可计算：

其中，D为基准外圆直径，d为偏心轴直径，a为基准轴外圆与偏心轴外圆最小距离。

3.3试切结果

对该工艺方案进行三次小批量试切加工，共计车削偏心轴零件60件，其结果显示：加工出的零件有着较好的表面质量，形位公差得到了保证，满足零件图纸技术要求，在装配时无卡塞等现象，满足装配后的实际使用功能。每次交检合格率达到了100%。在后续的批生产中，交付的合格率持续为100%。

结语

本文针对典型偏心轴零件加工工艺方案进行概述，主要采用制偏心胎法实现零件的偏心外圆加工，辅以磨削装夹外圆，调整热处理余量，压缩光杆尺寸，选择合适切削刀具与切削参数。经实际加工验证，该工艺方案可以减少零件返修频次，缩短零件生产周期，产品质量和生产效率大幅提升。为后续此类零件的加工提供了案例，对相似零件具有指导意义。

参考文献：

[1]王公安，车工工艺学[M]，北京：中国劳动社会保障出版社，2014。

[2]乔立新，车工工艺学[M]，湖南：湖南大学出版社，2010。

[3]王平，车削工艺技术[M]，沈阳：辽宁科学技术出版社，2009。

[4]李福运，非偏心装夹实现偏心工件的加工[D]，广东：机电工程技术，2017。