空心轴套的加工及其磨床夹具

我厂内燃机车转向架的空心轴套(见图1)的机械加工难度较大，无法直接在普通机床上进行加工，必须制订相应的加工工艺，并设计制作专用夹具，才能加工出合格的空心轴套。

图1 空心轴套示意图

一、空心轴套加工工艺
空心轴套的关键尺寸f380-0.036，为轴承安装外圆柱面，精度要求很高，大底平面至f380mm中心线的中心高103-0.022，侧平面至中心线的侧面距275±0.04,其精度直接影响传递扭矩的齿轮齿隙。
由于空心轴套外形尺寸大，形状不规则，所以上述三个关键尺寸在加工中成为技术关键。现就解决上述几项难题分析几种空心轴套的机械加工工艺的利弊，通过比较最终确定空心轴套的最佳加工工艺。
空心轴套加工的第一方案
通过校调半精加工空心轴套f380mm外圆中心线，使其在立车上定位，由立车卡爪夹紧工件，精车f380-0.036外圆;然后以f380mm外圆定位，在加工中心七加工空心轴套大底平面和侧平面来保证中心高103-0.022和侧面距275±0.04。该加工工艺的不足之处是，由于该零件是竖立安装在立式车床上加工，同时加工外圆时，立车夹紧卡爪悬臂较大，立车的加工精度相对较低，故使用立车加工f380-0.036外圆难以保证该尺寸的精度要求及形位公差。由此可见，立车只能用于空心轴套价380mm外圆的半精加工。
空心轴套加工的第二方案
首先将空心轴套在立车上半精加工，再以f380mm外圆定位在加工中心上精加工大底平面和侧平面;并设计制作空心轴套车床夹具，空心轴套以其精加工的大底平面和侧平面在夹具上定位并夹紧。由夹具来保证中心高103-0.022和侧面距275±0.04。该夹具一端通过过渡法兰与车床主轴联接，另一端设置中心孔与车床尾座的顶尖联接，这一加工方法消除了工件加工时处于悬臂状态。该加工工艺基本能满足空心轴套设计要求，但f380mm外圆的圆度、表面粗糙度不够理想，装拆工件较复杂。
空心轴套加工的第三方案
首先将空心轴套f380mm外圆在立车上半精加工并留适当磨削余量，然后以该外圆定位在加工中心上梢加工其大底平面和侧平面，以此作为后道工序的定位基准面;最后一道工序在磨床上加工，并设计空心轴套磨床夹具，以空心轴套大底平面和侧平面定位，磨削加工f380-0.036外圆，同时保证空心轴套的中心距和侧面距

1.A定位块 2.C定位块 3.B定位块 4.勾形压板 5.支架 6.主轴 7.平衡块 8.销钉 9.支承钉
图2 空心轴套磨床夹具示意图

二、空心轴套的磨床夹具
空心轴套磨床夹具如图2所示，以A定位块、B定位块作为工件的水平定位元件，该定位面到磨床夹具的中心轴线尺寸控制在103-0.01，以C定位块作为工件的侧面定位元件控制该定位面到磨床的中心轴线尺寸275±0.015，工件以大底平面、侧平面在磨床夹具上定位，使用勾形压板将工件的小侧面压紧到磨床夹具的侧定位面上。利用工件大底平面上的通孔使用螺拴、垫圈将工件夹紧在磨床夹具上。考虑到f380mm外圆为圆简薄壁形状且在磨床夹具上处于悬空状态，磨削后受热容易产生变形，故在工件圆筒处设置三个支承钉，以承受磨削力，从而改善了国筒处的受力情况，保证了f390mm外圆的形状公差。从夹具制作的工艺性考虑该夹具体采用多件组装，便于定位尺寸的调整。由于支架处于悬臂状态，故用4只特大螺栓将支架与磨床夹具主轴联为一体，提高了支架的刚性和承载能力;又因磨床夹具与工件相对于夹具的主轴中心线有偏重，在磨削工件时，影响f380mm 外圆的圆度，所以该磨床夹具装夹工件后首次使用时应做动平衡试验，在磨床夹具的适当位置加装平衡块。由于该夹具的精度要求高，所以必须严格控制夹具与磨床的定位精度，只有使用死顶尖才能实现无间隙定位，从而保证这一要求高的定位精度，因此，在磨床夹具的主轴两端制作中心孔，以这二个中心孔在磨床的硬质合金顶尖上定位，定位精度在1µm以下，承载能力大，且不损坏中心孔，对中心孔有修正作用。但由于该磨床夹具重量大，在磨削工件时中心孔表面与顶尖表面摩攘产生热量，所以需在中心孔表面涂以二硫化铂润滑脂。由磨床拨盘，通过磨床夹具上的销钉，带动夹具作旋转运动。
三 、结论
经生产验证，空心轴套加工的第三方案是可取的，空心轴套磨床夹具的设计打破了传统装备与机床主轴直接联接的结构形式，根据磨床夹具长度长，精度高的具体情况，采用了装拆工件时磨床夹具与磨床分离，磨削工件时磨床夹具在磨床顶尖上定位，这种加工方法使空心轴套的三个关键尺寸的精度及粗糙度均达到了设计要求。