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【摘要】本文通过对偏心件难点的分析，结合本校数控车床的特点，针对工件的装夹、刀具的选择以及其车削方法等方面，论述如何快速加工出偏心件。
【关键词】数控车床 偏心深孔件 夹具 加工 刀具
Machine the eccentric part fast
Chen Xihuai
【Abstract】The writer has made a discussion on how to machine the eccentric part fast combining the character of the numerically controlled lathe from how to load and nip the workpiece, how to choose the cutting tool and how to turn through analyzing the difficulty of the eccentric part.
【Keywords】Numerically controlled lathe Eccentric part with a deep hole Clamp Machining Cutting tool
1．引言：如（图一）所示，此产品是高昌公司拿来我校加工的一外加工产品，是来料生产。现根据图纸分析，该零件材料为45#钢，最大外径尺寸为ø70毫米，偏心的部分有ø48毫米的外偏心圆和ø36毫米的偏心深孔，零件上焊接了一段ø55毫米凸件，要求在凸件内车出M36X2-6H的内螺纹，且内螺纹表面要与偏心孔ø36内表面垂直，凸件ø55毫米的端面要与偏心孔ø36毫米内表面平行。从而可以看出此工件的外型尺寸精度要求不高，但对ø36毫米偏心孔的位置和尺寸精度要求较高。所示的关键技术在于偏心深孔位置精度和尺寸精度的保证上。如果利用数控车床来加工就要设计出合理的夹具进行装夹及根据图纸要求选择合理的刀具。才能提高其生产效率和降低其生产成本。经过本人与同事的共同探讨研究，终于成功试车出样品，从而解决了以上两大实际问题。
2．难度分析及工艺流程分析。一般较短的端面偏心孔利用数控车床加工，都是在三爪卡盘、四爪卡盘、或在花盘上设计一个夹具等来加工的，但从零件图样的要求及尺寸长度来看，采用一般的加工方法，就很难加工生产，效率也会很低。
2．1 如用四爪卡盘加工，有以下问题：
①装夹不准确，要用百分表打表，花费时间较多；
②偏心距和平行度难控制；
③切削速度和进给量都较低，生产效率较低。
2．2 如用花盘上安装一个夹具的方法来加工有以下缺点：
①装夹不方便，且每次换工件时，花费时间较多；
②切削速度和进给量较低，从而也降低了生产效率。
③偏移孔距不方便，定位精度低。
从以上分析来看，用一般的数控车床加工方法很难批量生产，因此要采用其它方法来加工。根据图样来分析，主要是工件上有一凸台，且偏心孔的要求高，偏心距与平衡度要求高，既要考虑如何保证工件在加工时的定位精度，又要考虑装夹方便可靠、又经济实用，还要考虑刀具的设计，因此，关键是解决零件的定位装夹及偏心距的偏移问题。根据零件图样，经过工艺分析后，制定出以下的加工工艺流程：
1）来料检验；
2）首件检验，抽检，发现问题全检！出货检验等；
3）在原料上划出偏心孔的中心，然后到钻床上将所有待加工产品都钻好Φ30mm的偏心孔；
4）用四爪卡盘夹紧Φ70mm的两端面，调试，车削凸台；
5）在凸台上钻孔并扩好孔；
6）车削内螺纹；
7）安装夹具，调试，夹持工件即夹紧凸台的端面与Φ70mm的外圆，检测；
8）粗加工偏心外圆，留0.3～0.5mm余量；
9）精加工偏心外圆；
10）粗加工偏心内孔，留0.3～0.4mm余量；
11）精加工偏心内孔。
从上述工艺流程来看，在第7步操作时，要如何安装设计夹具呢？怎样才能保证工件装夹的稳固，定位准确，偏移中心距时的尺寸控制精度好，装夹又方便呢？偏心孔的位置精度和表面粗糙度要求高，上述用一般的加工方法是很难加工和控制偏心距的精确度的，因此，在加工工序中要考虑如何装夹定位与偏移的问题。
3．夹具设计。如何保证零件的定位准确、装夹方便和夹紧可靠呢？经过工艺流程的分析和一番思考后，在第7步用广州数控车床（CNC6135A车床）加工时，在车床主轴上设计了如图（三）所示的夹具，现对夹具结构与安装说明如下：
1——夹具体；2——工件；3——活动定位块；4——V形压板；5、6——螺栓
件1为夹具主体，材料为45#钢，最大直径为200mm、高121mm。在中间用线切割，切一形状与待加工件2相似的通槽，用于放置工件。
件3为活动定位块，材料为45#钢，长为40mm，宽为20mm，高18mm。在夹具体的背后切一长为20mm、宽为20mm、高为20mm的四方体凹槽，如图所示，将件3放入凹槽内并用螺栓件5拧紧，起到定位的作用，防止加工时工件的移动。件4为活动V形压板，长为60mm，宽为50mm，高为20mm，V形角度为120度。在V形压板中间钻两个12mm深的盲孔（对称两个）并攻M8X1.25螺纹，与件1上已钻好的通孔用螺栓件6进行配合，起到锁紧固定工件的作用。
4．定位夹紧方案。
4．1 定位方案：如图（四）所示选用工序基准件上的Φ55mm凸台的端平面作定位，以件4作夹紧装置，注意压位必须作用点于定位面上，限制五个自由度。再由件3顶住底边端平面，限制一个自由度。
4．2 夹紧方案：为了方便装卸工件，采用螺丝夹紧机构，如图所示，每加工完一个工件，只需松开螺栓，打开夹紧装置件4，即可取出工件并进行另一工件的装夹。
5．夹具的安装及原理。根据卡盘与法兰盘的配合原理及数控车床（CNC6135A）的型号尺寸，做出与卡盘相似的夹具件1，将件1与法兰盘相配合，由主轴带动作主运动。件1内部根据所示的件2的形状，用线切割切出如图（四）所示的内槽，并偏好中心距，便于工件的装夹。把件5与件1连接锁紧，在件1与件5中间加件3，起到限制工件的伸出长度，便于更换工件时快速定位。然后在内槽里加一附件4，将件4压紧件2的外圆，锁紧固定。为了确保夹具的中心与工件中心，车床主轴中心的平行度公差为0.05mm，应对夹具的中心如何确定呢？这便要求我们计算出它的偏心距。已知：偏心孔的中心离凸台的左端面长度为44mm，外圆柱Φ70mm的右端与凸台的左端面总长为73mm，则可求出中心距：e=44-35-（73-70）=6mm。则需偏移量为：X=1.5×e=1.5×6=9mm，也就是将我们所要切割的夹具一边偏移9mm。安装工件时，将件5锁紧件3使工件2伸出足够的长度。工件的凸台处要紧靠件1的凹槽，然后锁紧件6，使件4V形压板往件2压紧，将位置定好。用百分表，检测工件与车床主轴的同心情况和平行度情况，检查是否超出公差范围。检查无误后，进行批量生产。
6．刀具材料、角度及切削用量选择。
6．1 粗加工孔36mm，采用硬质合金，刀杆材料YG8，刀尖修磨出R0.2左右圆弧，刃磨时要保证刀刃的锋利性，刀粒可以进行微调进给。
6．2 精加工孔36mm，采用焊接式硬质合金，刀片材料为YT5，刀材料为45号钢（热处理）。
6．3 切削用量选择。
6．3．1 钻孔：先在钻床上将所有待加工产品钻好偏心孔。
6．3．2 凸件的加工：
①用四爪卡盘夹紧Φ70mm长为110mm的两端面。
②粗车凸件端面时，主轴转速每分钟400～500转，进给速度F60～F80，外圆车刀装在刀架上，采用横向走刀一次加工完成，留精车余量0.1～0.2毫米。
③精车凸件端面时，主轴转速每分钟600～1000转，为取得较好的表面粗糙度选用较低的进给速度F30～F45，采用横向走刀一次加工完成。
④钻孔，采用一次钻削，选用Φ30mm标准麻花钻头，主轴转速每分钟300～360转。
⑤凸件螺纹及倒角粗车时，主轴转速每分钟500～600转，进给速度F80～F100，采用纵向走刀由外向里一次加工完成，留精车余量0.4～0.5毫米。
⑥凸件内螺纹及倒角精车时，主轴转速每分钟600～1000转，进给速度F30～F45，采用纵向走刀由外向里一次加工完成。
6．3．3 偏心外圆与内孔的加工：
①粗车外圆：主轴转速每分钟500～560转，进给速度F80～F100（mm/r），采用纵向走刀，留精车余量0.4～0.5mm。
②精车外圆：主轴转速每分钟800～1000转，进给速度F50～F80（mm/r），采用纵向走刀，一次加工完成。
③粗镗孔：主轴转速每分钟500～560转，进给速度F80～F100（mm/r），采用纵向走刀，一次加工完成，留精镗余量0.4～0.5mm。
④精镗孔：要先检查工件的偏移位置，主轴转速每分钟800～1000转，进给速度F50～F80（mm/r），采用纵向走刀，一次加工完成。
⑤孔距偏移方法：既可以采用百分表打表的方法，也可以采用在数控车床上装一台电子显示器的方法。
7．加工过程中的注意事项。
①工件需夹紧，以防在车削时产生移动和扎刀。
②在精加工孔时，要选用高浓度乳化液，延长刀具的使用寿命，才能保证工件的精度和表面质量。
③零件要在周转台上摆放整齐，不能用手去触摸零件已加工表面，以免氧化。
④遵守安全文明生产。
8．结束语：通过实际加工生产，证明该零件的加工工艺、夹具设计、刀具等均合理有效，解决了在数控车床加工偏心孔时，装夹不方便、花费时间长、定位精度不高、刀具刚性不足等难点。生产由原来的每班只能加工数十件提高到现在每班能加工百件之多，特别在加工偏心孔时，利用该夹具方便、轻松、稳定、可靠。而且在连续加工数百件过程中，可以确保达到图纸所要求的加工精度，这样既保证了零件的加工质量，提高了零件的生产效率，也减轻了操作者的劳动强度。
参考文献
1 梁炳文主编.《机械加工工艺与窍门精选》.机械工业出版社（广州）,1997.8.第一版
2 雒运强、李保章编.《实用车削操作技巧450例》.化学工业出版社
【关键词】数控车床 偏心深孔件 夹具 加工 刀具
Machine the eccentric part fast
Chen Xihuai
【Abstract】The writer has made a discussion on how to machine the eccentric part fast combining the character of the numerically controlled lathe from how to load and nip the workpiece, how to choose the cutting tool and how to turn through analyzing the difficulty of the eccentric part.
【Keywords】Numerically controlled lathe Eccentric part with a deep hole Clamp Machining Cutting tool
1．引言：如（图一）所示，此产品是高昌公司拿来我校加工的一外加工产品，是来料生产。现根据图纸分析，该零件材料为45#钢，最大外径尺寸为ø70毫米，偏心的部分有ø48毫米的外偏心圆和ø36毫米的偏心深孔，零件上焊接了一段ø55毫米凸件，要求在凸件内车出M36X2-6H的内螺纹，且内螺纹表面要与偏心孔ø36内表面垂直，凸件ø55毫米的端面要与偏心孔ø36毫米内表面平行。从而可以看出此工件的外型尺寸精度要求不高，但对ø36毫米偏心孔的位置和尺寸精度要求较高。所示的关键技术在于偏心深孔位置精度和尺寸精度的保证上。如果利用数控车床来加工就要设计出合理的夹具进行装夹及根据图纸要求选择合理的刀具。才能提高其生产效率和降低其生产成本。经过本人与同事的共同探讨研究，终于成功试车出样品，从而解决了以上两大实际问题。
2．难度分析及工艺流程分析。一般较短的端面偏心孔利用数控车床加工，都是在三爪卡盘、四爪卡盘、或在花盘上设计一个夹具等来加工的，但从零件图样的要求及尺寸长度来看，采用一般的加工方法，就很难加工生产，效率也会很低。
2．1 如用四爪卡盘加工，有以下问题：
①装夹不准确，要用百分表打表，花费时间较多；
②偏心距和平行度难控制；
③切削速度和进给量都较低，生产效率较低。
2．2 如用花盘上安装一个夹具的方法来加工有以下缺点：
①装夹不方便，且每次换工件时，花费时间较多；
②切削速度和进给量较低，从而也降低了生产效率。
③偏移孔距不方便，定位精度低。
从以上分析来看，用一般的数控车床加工方法很难批量生产，因此要采用其它方法来加工。根据图样来分析，主要是工件上有一凸台，且偏心孔的要求高，偏心距与平衡度要求高，既要考虑如何保证工件在加工时的定位精度，又要考虑装夹方便可靠、又经济实用，还要考虑刀具的设计，因此，关键是解决零件的定位装夹及偏心距的偏移问题。根据零件图样，经过工艺分析后，制定出以下的加工工艺流程：
1）来料检验；
2）首件检验，抽检，发现问题全检！出货检验等；
3）在原料上划出偏心孔的中心，然后到钻床上将所有待加工产品都钻好Φ30mm的偏心孔；
4）用四爪卡盘夹紧Φ70mm的两端面，调试，车削凸台；
5）在凸台上钻孔并扩好孔；
6）车削内螺纹；
7）安装夹具，调试，夹持工件即夹紧凸台的端面与Φ70mm的外圆，检测；
8）粗加工偏心外圆，留0.3～0.5mm余量；
9）精加工偏心外圆；
10）粗加工偏心内孔，留0.3～0.4mm余量；
11）精加工偏心内孔。
从上述工艺流程来看，在第7步操作时，要如何安装设计夹具呢？怎样才能保证工件装夹的稳固，定位准确，偏移中心距时的尺寸控制精度好，装夹又方便呢？偏心孔的位置精度和表面粗糙度要求高，上述用一般的加工方法是很难加工和控制偏心距的精确度的，因此，在加工工序中要考虑如何装夹定位与偏移的问题。
3．夹具设计。如何保证零件的定位准确、装夹方便和夹紧可靠呢？经过工艺流程的分析和一番思考后，在第7步用广州数控车床（CNC6135A车床）加工时，在车床主轴上设计了如图（三）所示的夹具，现对夹具结构与安装说明如下：
1——夹具体；2——工件；3——活动定位块；4——V形压板；5、6——螺栓
件1为夹具主体，材料为45#钢，最大直径为200mm、高121mm。在中间用线切割，切一形状与待加工件2相似的通槽，用于放置工件。
件3为活动定位块，材料为45#钢，长为40mm，宽为20mm，高18mm。在夹具体的背后切一长为20mm、宽为20mm、高为20mm的四方体凹槽，如图所示，将件3放入凹槽内并用螺栓件5拧紧，起到定位的作用，防止加工时工件的移动。件4为活动V形压板，长为60mm，宽为50mm，高为20mm，V形角度为120度。在V形压板中间钻两个12mm深的盲孔（对称两个）并攻M8X1.25螺纹，与件1上已钻好的通孔用螺栓件6进行配合，起到锁紧固定工件的作用。
4．定位夹紧方案。
4．1 定位方案：如图（四）所示选用工序基准件上的Φ55mm凸台的端平面作定位，以件4作夹紧装置，注意压位必须作用点于定位面上，限制五个自由度。再由件3顶住底边端平面，限制一个自由度。
4．2 夹紧方案：为了方便装卸工件，采用螺丝夹紧机构，如图所示，每加工完一个工件，只需松开螺栓，打开夹紧装置件4，即可取出工件并进行另一工件的装夹。
5．夹具的安装及原理。根据卡盘与法兰盘的配合原理及数控车床（CNC6135A）的型号尺寸，做出与卡盘相似的夹具件1，将件1与法兰盘相配合，由主轴带动作主运动。件1内部根据所示的件2的形状，用线切割切出如图（四）所示的内槽，并偏好中心距，便于工件的装夹。把件5与件1连接锁紧，在件1与件5中间加件3，起到限制工件的伸出长度，便于更换工件时快速定位。然后在内槽里加一附件4，将件4压紧件2的外圆，锁紧固定。为了确保夹具的中心与工件中心，车床主轴中心的平行度公差为0.05mm，应对夹具的中心如何确定呢？这便要求我们计算出它的偏心距。已知：偏心孔的中心离凸台的左端面长度为44mm，外圆柱Φ70mm的右端与凸台的左端面总长为73mm，则可求出中心距：e=44-35-（73-70）=6mm。则需偏移量为：X=1.5×e=1.5×6=9mm，也就是将我们所要切割的夹具一边偏移9mm。安装工件时，将件5锁紧件3使工件2伸出足够的长度。工件的凸台处要紧靠件1的凹槽，然后锁紧件6，使件4V形压板往件2压紧，将位置定好。用百分表，检测工件与车床主轴的同心情况和平行度情况，检查是否超出公差范围。检查无误后，进行批量生产。
6．刀具材料、角度及切削用量选择。
6．1 粗加工孔36mm，采用硬质合金，刀杆材料YG8，刀尖修磨出R0.2左右圆弧，刃磨时要保证刀刃的锋利性，刀粒可以进行微调进给。
6．2 精加工孔36mm，采用焊接式硬质合金，刀片材料为YT5，刀材料为45号钢（热处理）。
6．3 切削用量选择。
6．3．1 钻孔：先在钻床上将所有待加工产品钻好偏心孔。
6．3．2 凸件的加工：
①用四爪卡盘夹紧Φ70mm长为110mm的两端面。
②粗车凸件端面时，主轴转速每分钟400～500转，进给速度F60～F80，外圆车刀装在刀架上，采用横向走刀一次加工完成，留精车余量0.1～0.2毫米。
③精车凸件端面时，主轴转速每分钟600～1000转，为取得较好的表面粗糙度选用较低的进给速度F30～F45，采用横向走刀一次加工完成。
④钻孔，采用一次钻削，选用Φ30mm标准麻花钻头，主轴转速每分钟300～360转。
⑤凸件螺纹及倒角粗车时，主轴转速每分钟500～600转，进给速度F80～F100，采用纵向走刀由外向里一次加工完成，留精车余量0.4～0.5毫米。
⑥凸件内螺纹及倒角精车时，主轴转速每分钟600～1000转，进给速度F30～F45，采用纵向走刀由外向里一次加工完成。
6．3．3 偏心外圆与内孔的加工：
①粗车外圆：主轴转速每分钟500～560转，进给速度F80～F100（mm/r），采用纵向走刀，留精车余量0.4～0.5mm。
②精车外圆：主轴转速每分钟800～1000转，进给速度F50～F80（mm/r），采用纵向走刀，一次加工完成。
③粗镗孔：主轴转速每分钟500～560转，进给速度F80～F100（mm/r），采用纵向走刀，一次加工完成，留精镗余量0.4～0.5mm。
④精镗孔：要先检查工件的偏移位置，主轴转速每分钟800～1000转，进给速度F50～F80（mm/r），采用纵向走刀，一次加工完成。
⑤孔距偏移方法：既可以采用百分表打表的方法，也可以采用在数控车床上装一台电子显示器的方法。
7．加工过程中的注意事项。
①工件需夹紧，以防在车削时产生移动和扎刀。
②在精加工孔时，要选用高浓度乳化液，延长刀具的使用寿命，才能保证工件的精度和表面质量。
③零件要在周转台上摆放整齐，不能用手去触摸零件已加工表面，以免氧化。
④遵守安全文明生产。
8．结束语：通过实际加工生产，证明该零件的加工工艺、夹具设计、刀具等均合理有效，解决了在数控车床加工偏心孔时，装夹不方便、花费时间长、定位精度不高、刀具刚性不足等难点。生产由原来的每班只能加工数十件提高到现在每班能加工百件之多，特别在加工偏心孔时，利用该夹具方便、轻松、稳定、可靠。而且在连续加工数百件过程中，可以确保达到图纸所要求的加工精度，这样既保证了零件的加工质量，提高了零件的生产效率，也减轻了操作者的劳动强度。
参考文献
1 梁炳文主编.《机械加工工艺与窍门精选》.机械工业出版社（广州）,1997.8.第一版
2 雒运强、李保章编.《实用车削操作技巧450例》.化学工业出版社