泵盖加工工艺分析及偏心孔车削夹具设计

徐晓翔，张 颖，储晓猛

（江苏大学基础工程训练中心，江苏 镇江212013）

高压泵部件是柴油共轨系统的核心部分，承担着将燃油由低压状态通过柱塞将其压缩成高压状态，以满足系统和发动机对燃油喷射压力和喷油量的作用。泵盖（如图1所示）是高压泵部件中的重要的密封零件，其加工质量严重影响着柴油机尾气的排放标准及其工况质量。本文结合企业批量生产的加工要求，分析并设计一套基于数控加工工序集中要求的工艺方案和第三道侧面及螺纹孔等加工的偏心孔车削夹具[1-2]，从而有效提高工件的生产效率和加工精度，应用效果良好。

图1　泵盖零件实体图

1　泵盖加工工艺过程分析

为充分发挥数控机床的加工特点，基于工序集中这一数控加工工艺的原则，结合企业现有设备情况和工件结构（泵盖零件结构简图，如图2所示），该泵盖零件设计了4道工序，分别是第一道工序为车M22外螺纹及其端面、车φ30.6外圆及大面（K面）等；第二道工序为钻铰大面上（K面）2-φ8.5孔及M22外螺纹端面上4-φ4；第三道工序为车侧面（A面）、M12×1内螺纹及钻铰φ3×40小孔；第四道工序为钻φ3.8×40、铰φ4×4小孔。由于采用工序相对集中的加工方案，每个工序包含了多个工步，一次装夹解决泵盖上多个加工特征的加工问题，从而有效保证泵盖的形状及位置，减少了装卸等辅助加工时间，加工质量及效率大幅提高。

图2　泵盖零件结构简图

2　偏心孔车削夹具设计分析

2.1　偏心孔车削夹具组成

该专用夹具用于解决第三道工序加工问题，其结构组成如图3所示，其主要由法兰盘、菱形销、圆柱销、左（右）支撑、销钉、转动压板、球头螺钉、配重块、压块、安装座等零件组成。

图3　偏心孔车削夹具总装图

2.2　各组成件的设计及其功能

（1）定位装置设计分析

定位装置主要由安装座13、菱形销3、圆柱销4等零件组成。在车削泵盖零件侧面（A面）、M12×1内螺纹及钻铰φ3×40小孔（第三道工序）时，利用第一道工序车削加工出来的大面（K面）及第二道工序钻铰出来的2-φ8.5孔作为定位基准面。根据六点定位原理，安装座13上开设的一大支承平面与与泵盖零件K面贴合，限制了泵盖的三个自由度；圆柱销4与泵盖其中一个φ8.5孔配合，限制了泵盖的两个自由度；菱形销3与泵盖另一个φ8.5孔配合，限制了泵盖的一个自由度，实现工件的完全定位[3]。其中，需注意各定位元件的制造精度，以保证定位精度和可靠性。

（2）夹紧装置设计分析

泵盖零件该道工序采用数控车床加工，该车削夹具将安装在车床主轴上随被加工零件一起旋转，夹具应设计得尽量简单、安全可靠，使得整个车削夹具的质量降低，以减小车削夹具在旋转时所产生的离心力及惯性力对零件加工精度造成的影响且需保证零件不能在车削过程中发生脱落和飞出等现象；另外，零件的初期产量不大，且零件尺寸较小，综合以上两个因素，宜采用手动单螺旋夹紧机构。夹紧装置主要由左（右）支撑 5（13）、销钉 6、转动压板 7、球头螺钉（M12×1.75）8和压块11组成。左（右）支撑、销钉及转动压板实现支撑固定球头螺钉的作用，且通过转动压板旋转一定角度，从而实现零件快速安装固定及拆卸的目的。转动压板上开设有螺纹孔，转动球头螺钉，通过压块将工件夹紧。压块可避免螺杆头部与工件直接接触，夹紧时带动工件转动，并造成压痕。

1）切削力的计算

切削力的大小取决于泵盖材质（40Mn）及车内螺纹M12×1实际选择的切削用量（转速S=800、进给量F=1 mm/r），利用NOVEX切削计算软件，计算得出的理论切削力FC为900 N左右，如图4所示。在此切削力的基础上乘以安全因素K[4]（取值3），得出所需安全夹紧力FC′=FJ×K=900 N×3=2 700 N.

图4　NOVEX切削计算软件计算切削力

2）夹紧力的确定

由夹紧装置的结构可知，该车削夹具采用单螺旋夹紧方式，且球头螺钉（M12×1.75）与被夹紧泵盖之间为点接触，查表可知M12×1.75螺钉的夹紧力FQ=5 050 N[5]。经比较可知5 050 N＞2 700 N（即FQ＞FC′），满足加工要求的安全夹紧力。

（3）夹具体设计分析

夹具体即为法兰盘1和配重块9.定位装置及夹紧装置通过螺钉安装在法兰盘上，配重块的目的是保证零件加工时的动平衡，防止离心力及惯性力等对零件加工精度造成影响。需要保证夹具体自身精度和定位装置在夹具体上的相对位置精度，另外法兰盘固定在车床上的安装精度也是影响工件加工精度的重要因素，在夹具制造、安装及调试时需加以考虑。

（4）夹具装夹效果

该夹具符合六点定位原理，定位精度准确可靠，安装便捷，夹具应用的现场情况如图5所示。经过半年多的使用，生产实践表明该套夹具能实现设计初期的设想，极大地提高加工效率，降低了生产成本。

图5　车削夹具应用场景

3　结语

本套夹具定位准确可靠，结构简单，安装便捷，能够充分保证加工质量，配合基于工序集中的加工方案，有效地提高了生产效率和降低了劳动强度；与此同时，该方案与铣削内孔螺纹相比，极大地降低了加工成本，为解决类似工件加工问题提供一定的借鉴。

参考文献：

[1]张 均.车削回水盖螺纹孔夹具设计[J].机械工程与自动化，2008（5）：108-110.

[2]张素芬.内偏心孔车削夹具设计与制造[J].机械研究与应用，2007，20（5）：54-55.

[3]王茂元.机械制造技术基础[M].北京：机械工业出版社，2007.

[4]刘俊成.机床夹具在设计过程中夹紧力的计算[J].工具技术，2007，41（6）：89-90.

[5]浦林祥.金属切削机床夹具设计手册[M].2版.北京：机械工业出版社，1995.