提高飞叉镗孔同轴度的应用研究

郭秀华

(苏州经贸职业技术学院机电系，江苏苏州 215009)

飞叉是飞叉转子绕线机的关键零件，如图1 所示，结构相对复杂，属于异形件范畴。

图1 飞叉件零件图

图中φ47H7 和φ37H7 两孔加工后分别与轴及轴承配合，安装到转子绕线机上，同轴度要求为0.03 mm。目前，某公司加工后，使用三坐标机床检测出同轴度超差在0.09～0.15 mm 之间，直接造成了飞叉转子绕线机绕线不稳定，使得废品率大大提高。围绕这个问题，文中通过对机床设备、夹具、刀具等方面进行分析、研究，提出了能够有效解决这个问题的方法。

1 影响因素分析

该飞叉件在立式加工中心上加工，材料为6061铝，夹具为精密机用平口钳。两孔加工采用的工艺如表1 所示，先加工φ20 孔，粗钻后，精镗该孔，并以此孔为基准，加工φ47 孔到尺寸;掉头装夹后，打表找正φ20 孔的中心为基准，加工φ37 孔到尺寸。假定φ47 与φ20 孔同轴度误差为x1、φ47 与φ37 孔同轴度误差x2，经检测如表2 所示。

表1 飞叉加工工艺(部分)

表2 同轴度检测记录表 mm

由检测数据可知:x1值很小，且数据变化不大，波动范围稳定;x2值超出设定的同轴度误差值。由x1、x2数据结合加工工艺过程可知，机床设备、刀具对同轴度影响极小，造成同轴度值大的主要原因是掉头装夹及加工，其产生机制如下:

加工两孔均使用平口钳装夹，飞叉已加工面精度(与平口钳接触的表面，主要是平行度、平面度、粗糙度)达不到要求，造成二次装夹后的加工误差。如图2 所示，第一次装夹后，φ20 和φ47 孔的中心线平行于加工中心Z 轴线，掉头二次装夹后，由于工件表面质量的原因，该工艺孔的中心线并不与机床Z轴线平行，此时打表找正，已经不能找回原来的基准。此时再进行φ37 孔加工，做好的孔中心线与机床Z 轴线平行，但与先前加工的φ47 孔中心线不平行，存在夹角A，最终导致同轴度达不到要求。就理论而言，两次装夹后镗出的两段孔的轴线，不可能绝对重合为一根轴线。

图2 平口钳两次装夹误差示意图

2 解决方法

经过以上分析，在实际操作中，采用了3 种方法来加工该零件，取得了不同的结果，具体如下:

(1)更换新刀具

利用现有立式加工中心，选用如图3 所示的全自动反镗刀。原加工工艺不变，使用镗刀加工φ47 到尺寸，然后更换新式全自动反镗刀，先将主轴正转下降到已经加工好的φ20 孔内，当镗刀前端伸出时，主轴开始反转，在离心力的作用下，会使该刀的刀片弹开。在Z 轴向上移动过程中，加工φ37 孔到尺寸，有效地保证了同轴度的要求。这种镗刀使加工方法有了很大的改进，同时避免了二次装夹、调整刀具，比传统加工过程节省80% 的安装及加工时间，安全可靠，保证了工件的质量。

(2)利用夹具一，使用数控车床镗φ37 孔

对原加工工艺稍作修改 (留下φ37 孔不加工，其他不变)，完成飞叉件前期制作，再通过夹具一，将φ37 的孔放在数控车床上加工，如图4 所示。

图3 全自动反镗刀

图4 数控车床用夹具一

该夹具左端装夹在数控机床卡盘上，右端圆柱在车床上车削到尺寸φ47 (保证此夹具车削到尺寸后不拆卸，防止二次装夹误差)，与飞叉件的φ47 孔小间隙配合。夹具一上设有通孔，用螺栓通过飞叉上φ32孔，加压板固定飞叉件。数控车床的机床精度按照GB/T4020-1997 卧式车床几何精度和工作精度标准执行，在100 mm 范围内，镗孔的精度较高。用该车床镗出φ37 的孔到尺寸，利用数控车床的精度来保证同轴度要求。该夹具禁止从卡盘上拆下，以便满足下一个飞叉件的加工要求。

(3)利用夹具二，使用数控车床同时镗φ47 和φ37 孔

仍然对原加工工艺稍作修改(镗φ47 和φ37 两孔时，留下0.5～1 mm 余量)，完成飞叉件前期制作，利用夹具二，放在数控车床上同时镗出两孔，如图5 所示。该夹具左端装夹在数控车床的主轴上，右下端芯棒与飞叉件中φ32 孔小间隙配合，φ20 孔的中心线理论上与数控车床的主轴中心线重合，夹具上4个小孔与飞叉上4 个螺纹孔相对应，用小螺丝将飞叉件紧固于夹具上。在砂轮机上磨出镗刀，如图6 所示，通过φ20 的孔，编程加工φ47 和φ37 的孔到尺寸，因用数控车一起加工，能做到两个孔尺寸的一致性;同时，两孔长度不大于100 mm，镗刀杆不会太长，能保证孔壁的加工精度。

图5 数控车床用夹具二

3 方法对比分析

方法一没有更换机床，但需要添加一把全自动反镗刀，在加工好φ47 的孔后，更换反镗刀，直到加工φ37 孔到位，不得移动机床X 和Y 轴，这避免了机床反向间隙可能产生的误差。加工后经过三坐标机床测量，同轴度达到0.01 mm。由于添加的全自动反镗刀市场价格在4 万元以上，这对企业尤其是中小型企业是一笔较大的投入。

方法二在原有加工工艺基本不变的情况下，留下φ37 孔于数控车床上加工。利用夹具一与飞叉件φ47孔小间隙配合(间隙太大会造成同轴度误差大，间隙太小难以装配)，镗φ37 孔到尺寸。经三坐标机床检测，同轴度基本控制在0.03 mm 范围内。数控车床是常规设备，设计的夹具结构简单，加工成本较低。

方法三也是在原有加工工艺基本不变的情况下，对φ47 和φ37 两孔均留了余量，利用夹具二中的芯棒与飞叉件φ32 孔小间隙配合，利用镗刀同时镗出φ47 和φ37 两孔，保证了同轴度，经检测达到0.01 mm 以内，效果明显。夹具制作简单，但所使用的镗孔刀需经验丰富的车工在砂轮机上刃磨出来，因需要穿过φ20 的小孔，结构上受到一定限制，而且该刀刚性不足，加工时只能少量切削，一定程度上影响了加工效率。

图6 车床镗刀

4 结束语

通过对飞叉件φ47H7 和φ37H7 两孔同轴度误差的分析，提出了影响该同轴度的关键因素。通过更换刀具或通过设计夹具，利用加工中心与数控车床结合使用，提出了3 种加工工艺方案。经检测，加工出的飞叉件同轴度明显提高，基本达到图纸要求。通过对这3 种方案的比较，企业可以根据自身的条件，选择其中的一种方案来生产该飞叉件。

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