椭圆轴零件的工艺分析及夹具设计

温沪斌

（惠州市技师学院，广东惠州 516003）

1 椭圆轴零件分析

该零件（如图1所示）表面由圆柱、圆弧、椭圆弧、锥面、槽、普通螺纹等表面组成。其中多个直径有装配需要，故有较严格的尺寸精度和表面粗糙度要求。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。选用毛坯为45#钢，无热处理和硬度要求。

通过上述分析，采取以下几点工艺措拖。

（1）对零件图上多个精度要求较高的尺寸，由于其公差值较小，故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。

（2）零件总长为125 mm，以中间直径最大ϕ58 mm圆柱为分界线，将工件分为左右两端，考虑到总长超过80 mm，一次装夹加工成形容易造成工件刚性及稳定性不足，故将左、右两端分两次装夹加工。

图1 椭圆轴零件图

（3）零件的左端分别为圆柱、锥面、螺纹、槽、椭圆弧特征，其中锥面、螺纹、椭圆弧装夹困难，圆柱ϕ22长度仅12 mm，左端不具备直接装夹的条件；右端分别为圆柱、锥面、圆弧特征，圆柱面最长部分仅15 mm，右端也不具直接装夹的条件。

（4）结合第二、三个特点，综合分析考虑，考虑设计一个夹具，利用左端螺纹特征，确保机床主轴的扭矩通过夹具传递工件，同时保证夹持左端加工右端时的装夹刚性和精度。

（5）零件左端有一斜椭圆弧特征，但在现行的数控系统不具备直接加工椭圆、双曲线、抛物线之类的非圆曲线插补功能，故需通过坐标旋转平移、椭圆参数方程等数学处理，运用宏程序编程，完成斜椭圆弧在数控车床上的加工[1-3]。

2 确定椭圆轴零件加工方案

（1）预备加工：粗车两端面，控制毛坯总长125 mm，毛坯右侧粗车ϕ47×25夹持部分，钻削零件左侧中心孔，设置左端面中心点为坐标原点1（如图2所示）；

图2 加工椭圆轴左侧部分图

（2）毛坯先夹紧右侧，然后调用外圆车刀粗、精车左侧ϕ22外圆，锥面，M36螺纹表面，椭圆弧，ϕ58外圆及倒角，车长度约85 mm，并控制尺寸精度和表面质量；

（3）调用切槽刀，粗、精车ϕ28×5槽并切出螺纹倒角，并控制尺寸精度；

（4）调用螺纹车刀加工M36×2的外螺纹；

（5）制作夹具（如图3所示），以ϕ43.553椭圆回转面的左端面、ϕ22外圆及锥面为定位面，以内外螺纹联接作为传递扭矩进行加工零件右侧的外圆、锥面、圆弧等特征，保证其同轴度；

图3 采用夹具加工椭圆轴右侧部分图

（6）调头加工：将已加工零件左侧旋入夹具上，设置零件右端面中心为坐标原点2，然后调用外圆车刀粗、精车零件右侧ϕ25外圆、锥面、ϕ48外圆、ϕ58外圆及倒角，并控制尺寸精度和表面质量；

（7）先调用切槽刀，按下图所设计尺寸编程粗加工圆弧表面，尽可能使精加工余量均匀，然后调用R5圆弧形车刀直接车削到要求尺寸；

（8）返回坐标原点，换回外圆车刀，消除刀补，结束程序。

3 斜椭圆宏程序编制[4-5]

（1）图形分析（如图4所示）

图4 斜椭圆各编程参数示意图

椭圆的长半轴和短半轴分别为25 mm和12.5 mm，从图形上部看是水平椭圆逆时针旋转15°得到的斜椭圆，从下部看是水平椭圆顺时针旋转15°得到的斜椭圆，即 ||α=15°。这里取正值还是负值哪？根据笔者实践经验是这样的：按“从起始点1到终止点2的运动要使椭圆上运动点和椭圆中心的连线与Z轴的正方向的夹角愈来愈大”的原则，来确定是按图形上部旋转还是按图形下部旋转确定旋转角的正负。这里α=-15°。

（2）坐标平移

椭圆中心距离编程原点距离为I=35.47（X方向）、K=－50.852（Z方向），那么点A在编程坐标系的坐标：

（3）计算起始、终止角参数角

在上图中以椭圆中心为坐标原点，以水平和竖直方向为坐标轴建立ZOX坐标系，以椭圆长轴和短轴为坐标轴建立Z′OX′坐标系。在ZOX坐标系中，借助CAD／CAM软件绘制椭圆弧，经测量得：

起始角 θ1=119.68° 终止角θ2=180°

4 结束语

在加工零件前应全面分析零件图纸的要求，根据外形特点、加工项目、装夹基准、尺寸分析、形位公差等技术要求，考虑切削力大小及形位公差确定装夹方式和定位基准，并细化加工步骤。对有些工件不便于装夹可进行夹具的设计，合理的定位基准和装夹方式是关键，要保证工件装夹的稳定性和刚性，并尽量减少变形，同时保证装夹的同轴度等形位公差要求。

［1］邹新宇.数控编程［M］.北京：清华大学出版社，2006.

［2］陈子银，徐鲲鹏.数控加工技术［M］.北京：北京理工大学出版社，2006.

［3］余英良.数控加工编程与操作［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［4］黄卫.数控技术与数控编程［M］.北京：机械工业出版社，2004.

［5］李家杰.数控编程余操作实用教程［M］.南京：东南大学出版社，2005.