薄壁筒件三爪式内撑车削工装

■ 麦克奥迪（厦门）电气股份有限公司 （福建 361101） 余广强

1. 产品特点

我司产品为复合纤维材料制成的绝缘筒件。产品内孔使用心轴模具成型后，利用脱模机脱出，故内孔已达到使用要求，无需再加工，并可以作为后续车削加工的加工基准，但装夹过程要求不得损伤内孔。长度按图样尺寸并预留加工余量后由锯床锯出。该产品的特点是壁薄、直径较大且长度较长，加工要求高，内外圆不但有同轴度要求，而且两端面还有垂直度及平行度的要求。同时由于产品的材料特性，内孔有轻微变形，圆度有0.05mm左右的偏差。该产品批量大、内径规格多，要求效率高，故应设计简单、方便且实用的以内孔定位的内撑车削工装，将外圆及端面一次性装夹完成加工。图1所示为我司一款产品的尺寸规格。

2. 三爪式内撑车削工装的结构及使用原理

如图2所示，三爪式内撑车削工装主要是由3组独立的三爪组件和1个辅助顶尖构成。每组三爪组件均由三爪、内撑支架和尼龙内撑块组成。其中三爪与内撑支架焊接连接，尼龙内撑块通过螺栓固定在内撑支架上。

图 1

图 21.卡爪 2.内撑支架 3.产品4.尼龙内撑块 5.辅助顶尖

依据工装调试加工时的顺序，将改制过的三爪式内撑工装按顺序逐一安装在数控车床的卡盘上，无需再进行任何校正，直接套上产品，这时产品长度方向的定位可以使用一长度样块，放置于卡盘端面与产品左端面之间即可完成定位。接着使用适当的夹紧力将产品外撑，尾端再安装辅助顶尖，一是可以起辅助支撑作用，二是方便产品装夹（无需移动车床尾座）。该辅助顶尖的尾端有中心孔，使用机床的尾座顶尖定心固定，整个工装形成“一夹一顶”的装夹方式。卡盘三爪外撑夹紧需使用扭力扳手，以控制夹紧力，该产品一般设定20N·m的转矩即可。加工完毕后，只需松开车床尾座顶尖，卸掉辅助顶尖，接着松开卡盘三爪，即可轻易地从工装尾端取下产品。

3. 三爪式内撑车削工装的设计

图 3

（1）内撑支架的设计。如图3所示，使用与现有车床卡盘相匹配的正三爪与内撑支架焊接成型为一体，并保证之间整体保持基本的居中垂直。内撑支架的大平面需保证平整，且均匀排布有螺钉安装孔，用来固定尼龙支撑块。支架尾端设计单边为3°的锥度圆弧，与辅助顶尖一端的外锥面配合，工装安装后对支架起辅助支撑的作用。该圆弧需在车削工装整体安装调试时整体加工成型。支架尾端端面设计有1个M6的螺纹工艺孔，也是为了安装调试工装时使用。内撑支架整体应保证稳固可靠。

（2）尼龙内撑块的设计。如图4所示，使用尼龙作为产品内孔的内撑块，一是可以减轻质量；二是可以保证与产品接触时不损伤产品内孔；三是尼龙材料易切削，易于后期调整，更换也方便。在保证内撑支架刚性的情况下，尼龙支撑块的厚度H应尽量厚，这样可以确保尼龙不易变形，进而确保工装稳定耐用。3组三爪组之间的尼龙内撑块间隔距离S应尽量小，即空间允许的情况下，尼龙内撑块的宽度B应尽量大，以确保尼龙内撑块与产品内孔的贴合度更佳，使内撑力均匀分布，即可消除产品自身的微量变形，确保了产品的加工质量。

图 4

（3）辅助顶尖的设计。如图5所示，工装右端的辅助顶尖5的设计，除应考虑刀具及刀架的作用范围外，还应考虑在不移动或不长距离移动尾座的情况下，能轻松将产品安装或取出。这样即可确定出辅助顶尖的长度。

辅助顶尖左端的外锥面与内撑支架右端的内锥面，使用6°～8°的锥度，内外锥面配合，配合长度L与锥面大径D符合关系：L/D＝1.0～1.5D，以确保其配合稳固。辅助顶尖5的轴心应在不影响刚度的情况下，加工减重孔作减重处理。

图 5

辅助顶尖左端的外锥面与尾端的中心孔之间的同轴度应控制在0.02mm范围内，该精度的控制直接影响到整个夹具体在设备上的精度，需要严格控制。

材料选用45钢，热处理至40～45HRC。

4. 三爪式内撑车削工装的安装调试

三爪式内撑车削工装的安装调试至关重要，需严格按以下步骤进行：

（1）按顺序并做好标示，将专用内撑三爪工装安装在车床的三爪自定心卡盘上。

（2）三爪自定心卡盘端夹持直径30mm圆棒，尾端使用三脚卡箍固定，如图6所示。加工尼龙内撑块上的钢箍位以及最大外径，外径的加工在该步骤还是粗加工，故需留3～5mm的余量，后续的步骤还要对它进行精加工。

图 6

图 7

（3）如图7所示，卸掉直径30mm圆棒和三脚卡箍，尼龙内撑块尾端套上钢箍，钢箍外径比尼龙内孔块外径略小1～2mm，这样车削尼龙时不会干涉。同时使用扭力扳手反撑三爪工装。这里需要注意的是，转矩设定20 N·m左右，是综合考虑切削力、产品变形量等因素后得到的经验数据，后期加工产品时，需使用相同的转矩来装夹产品，方可保证产品的安装精度。

（4）车削加工工装尾端的锥孔（处于三瓣内撑支架上），并与辅助顶尖实配。

（5）辅助顶尖插入工装尾端锥孔，车床尾座回转顶尖同时顶上辅助顶尖的中心孔，形成“一夹一顶”的装夹形式，如图8所示。

图 8

（6）精车工装的尼龙内撑块的外圆，外径应略大于产品的实测内孔尺寸，可以略大0.05mm左右，以适应筒件的轻微变形，可以让工装的尼龙更好地与产品内孔表面贴合。

（7）后期若尼龙有轻微变形需调整的，用上述方法重新修整后即可再次使用。

5. 结语

三爪式内撑车削工装设计结构简单，内撑支架焊接后，其他工序基本可以在车床上安装调试完成，制作容易。其中辅助顶尖几乎可以与其他规格的产品工装共用，钢箍及三脚卡箍可以与相近规格的工装共用，故整个工装制作成本低。现该工装已经在我司广泛使用，生产效率高，产品品质稳定。

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