高精度孔定位太阳轮工装设计

（广西柳工机械股份有限公司卓越制造中心，广西 柳州 545007）

工装设计经常使用内孔定位，传统的定位方式为销轴与工件孔的配合来获得。因考虑工件的装卸方便，定位元件与被定位工件间必须要有一定的间隙，这也是定位误差产生的原因之一。在设计对孔定位精度要求较高的场合，如果将定位元件的加工精度提高，或将工件用于定位的孔的制造公差值减少，都会极大地增加工艺成本，且高精度的定位难以维持长久，还需要加强对定位元件的检测维护，增加管理成本，这种定位方式对高精度的孔定位需求难以实现。我们在学习涨套定位原理后，设计出一种适用于高精度孔定位的工装，现以某机械产品上使用的太阳轮为案例，介绍该工装的孔定位原理及注意事项。

1 太阳轮的特点及加工工艺分析

太阳轮为锻压件，锻造工艺决定开叉口的内表面不是平面，太阳轮技术要求芯部热处理硬度达HRC35-48，其采用的加工工艺为：粗车外圆→粗镗孔→精车外圆→铣花键→精镗孔。在关键工序精镗工序中孔Φ30加工公差范围是0.028，同轴度要求为Φ0.04，两孔端距离为88mm；两孔对中线的位置度要求为Φ0.3（见图1）。

在整个工艺过程，关键工序精镗孔两孔的同轴度Φ0.04的要求最难实现。因两孔对轴中心线的位置度要求不高，传统的工艺方法是采用杆外圆定位，在镗床上一次装夹，一次走刀完成加工。我们以刚性较好的加工中心TC1000上加工，刀具先后选用国产刀具和性能较优的山特维特镗刀进行试加工，发现效果都不理想，原因分析如下：

（1）镗孔行程为88 mm，实际加工行程约为100mm，单边加工余量为0.3mm。因材料较硬，镗刀在完成长距离加工后，强度已不足，出现锥孔，即一端孔比另一端孔大约0.04mm，孔尺寸超差。因精镗孔是热处理后的工序，考虑到变形量的影响，留给精镗孔的加工余量不能再减少，分多次走刀又不经济。

（2）刀具的刀片在完成一孔加工，再转入另一孔加工时接触到的不是平面，镗杆受不均匀的径向力，极易振刀崩刀。同时刀具会产生径向偏移，影响两孔的同轴度。

图1太阳轮加工要求

2 工装设计要求

基于以上分析，为了保证产品尺寸和形位精度的要求，必须考虑两个因素的影响：一是刀具的强度；一是切削导入时刀具径向受力均匀。采取的措施有缩短镗杆伸出距离，从太阳轮开叉口外侧向里加工，现有两种方案供选择：

方案一：用双面镗床实现，但需要增加设备，而普通双面镗床的镗杆的同轴度也难达到0.04mm的要求，精度高的双面镗床价格不菲，方案一经济性较差；

3 高精度孔定位工装的设计

现设计一种新型内孔销定位工装，结构如图2所示。该新型内孔定位销的工作原理为：旋转轴芯5向下移动，通过轴芯上的凹槽将导向套4孔内的钢球3向外顶出，作用于定位销套2；定位销套是由四块L形钢板组成，定位销套下面部在钢球顶力作用下沿支承平台1内的键槽移动，上面部分则贴向工件内孔形成定位。旋转轴芯向上移动，钢球顶力撤消，不再定位，工件可轻松取出。该工装的设计借鉴了涨套的原理，而利用零件的特点，采购用机械结构的形式实现涨紧定位。支承平台与导向套用内六角螺钉固定，表面可进行平面定位。将导向套安装在特定的位置，则可实现在需要的位置定位。在制作精度满足要求的条件下，使用普通镗床，该工装加工的孔的同轴度可达Φ0.02mm。这种工装定位的特点是：结构简单，定位精度高，定位孔尺寸可变化。但设计时须注意以下几点：

（1）轴芯、钢球、定位销套是受力最大的元件，不能因材料变形产生太大的定位误差，它们必须具备高的硬度，同时具有很高的耐磨性，建议采用T10碳素工具钢制作。

（2）影响到定位精度、元件间有相互移动的配合公差尽可能小，如轴芯与导向套虽然是间隙配合，但要求配合公差小，本工装公差配合为Φ10F6/h5，粗糙度Ra0.4；另外，支承平台槽与定位销套上表面的间隙应小于0.015mm，两侧面的间隙应小于0.03mm。

（3）为了使定位的尺寸可调，将轴芯中部与钢球接触部位加工成内凹的圆弧面，最小尺寸为Φ8±0.005；同时控制钢球外径尺寸Φ6±0.006。

（4）导向套的大外圆可作为与外部的定位，该部位与定位销套以及轴芯都有同轴度要求，确保整个工装的中心与被定位工件的孔中心保持一致。

图2改进后的新型定位销

4 结束语

高精度孔定位工装的应用价值主要在于：

（1）将轴芯与导向套的螺纹联接改为气动或液压控制，通过系统的操控，可实现定位的自动化，这在自动化流水线上实施零件定位很有推广价值。

（2）将定位销套外圆改为花键，可以对内孔为内花键或内齿轮的零件进行定位。

（3）轴芯固定，导向套转动，工装的定位原理一样，适合于轴芯不方便转动或需要使用导向套大外圆进行定位的场合。

我们通过不断探索、总结经验，设计出适用于提高孔定位精度的工装。

[1]朱耀祥，浦林祥.现代夹具设计手册[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2]王光斗.机床夹具设计手册[M].上海：上海科学技术出版社，2000.

[3]王启平.机床夹具设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，1996.