以车代铣加工单偏心距泵体的工艺研究
摘 要：文章在深入分析已批量生产的单偏心距摆线泵体的加工工艺性的基础上，提出了以车削加工转子孔工艺代替现有铣削加工转子孔工艺，完成了车夹具的原理分析，并制作了车削夹具试验验证。研究结果表明，以车代铣是可行的，克服了产品质量不稳定、生产效率低等铣削加工工艺中的不足。
关键词：泵体；偏心车；以车代铣
单偏心距摆线泵体是一种安装转子的内孔和其安装密封圈的外圆不同心的偏心结构零件，它是摆线泵的基础件，其作用是将有关的零件联成有机整体，使之保持正确的相对位置，其精度直接影响摆线泵的性能、寿命和可靠性。它的体积和尺寸较小，属薄壁件，但形状复杂、尺寸精度高且易变形，难加工，尤其是转子孔。而泵体转子孔的质量直接影响着产品的性能及工作效率。文章通过对HY150YB单偏心距摆线泵体加工工艺的分析针对现有加工转子孔的加工工艺提出车削加工方案，研究了偏心车夹具原理设计并进行了实际应用。
1 泵体工艺性分析
首先对泵体进行必要的工艺性分析再确定加工工艺方案。
如图1所示，HY150YB泵体结构复杂，有80个要素之多，该图为其简图。该产品精度要求高，主要有同轴度（？准D、？准E、？准F对？准C的同轴度）、偏心距（转子孔直径？准A与内孔直径？准C的中心距的距离）、转子孔深度（转子孔？准A的深度G）、平面度等要求。？准C、？准D、？准E、？准F四尺寸为零件右侧可考虑一次加工，？准B及其深度G可一次性加工，20×？准7可一次性加工。
现有工艺将转子孔？准A及其深度G、20×？准7等各要素安排在同一道工序加工，采用铣削加工的方式。
图2 HY150YB泵体的机加工工艺流程
如图2所示，HY150YB泵体的机加工工艺流程为粗加工外圆及端面→精加工外圆及内孔（掉头加工）→加工各孔→加工转子孔及密封面。原有加工工艺中加工转子孔及密封面工序采用铣削加工，实际生产过程中发现如下不足：
（1）产品质量不稳定：铣削转子孔及底平面，很难完全保证0.02mm的平面度和Ra0.8的粗糙度，而且产品实物有明显的接刀痕，降低了产品的精度。
（2）生产效率低：为了保证转子孔深度0.02mm的公差，密封面和转子孔需用同一把刀来加工，由于零件较大，直径达？准178，用？准20的立铣刀，不考虑接刀长度，仅仅一个密封面，需要走6道，生产效率很低，一件产品至少需要10分钟。
很显然，车削加工转子孔就可以解决上述问题，可是所加工的转子孔与其定位基准C不同心，这是车削加工油泵中遇到新问题。要解决此问题需要有设计合理制作精良的工装夹具。
2 偏心车夹具的设计
2.1 偏心车夹具设计思想
由于零件加工部位的中心与零件夹持部位的中心不同心，那么，要使零件加工部位的回转中心与车床主轴的回转中心重合，需先保证夹持部位的中心到零件被加工部位中心的距离刚好等于产品的偏心距，即夹具的定位夹持部位的中心和夹具定位在车床上的中心的距离为加工产品的偏心距。
2.2 HY150YB油泵体偏心车夹具设计原理
根据泵体的结构特点，可采用一面两销定位方式，即以长度尺寸35.5右端面为定位面，分别以？准D孔和？准7孔为定位孔。考虑到工件的夹紧，选用弹簧涨套定位孔？准D不仅满足了定位夹紧要求，而且消除了配合间隙确保了仅有0.05mm偏心距公差，为避免过定位，需采用菱形销定位孔？准7较为适宜。
（1）弹簧涨套的设计原理
弹簧涨套是包络式夹紧，可以更好地保护工件表面且能提供更佳的切削扭矩。
图3 弹簧涨套工作原理图
如图3，拉杆（件01）的外螺纹直接或间接与设备主轴相固接，拉杆（件01）与弹簧涨套（件03）前端通过锥度孔轴相配，后端通过圆柱孔轴相配，定位板（件02）固定在主轴端部用于安装弹簧涨套（件03）。主轴向后拉紧带动拉杆（件01），产生轴向拉力，然后由弹簧涨套前端的被称为锁紧角（图3中的α）的锥面，通过弹簧涨套的簧瓣弹性变形将轴向拉力转换成一垂直于弹簧涨套中心的夹紧力，在加工时零件内孔与弹簧涨套产生足够大的摩擦力来克服切削力矩。不仅如此，夹紧力还可以通过锁紧角将其扩大，根据不同的锁紧角，弹簧涨套夹紧力可扩大3-4倍。拉杆（件01）的轴向拉力可由操作员通过调整设备来实现。
（2）偏心车夹具的工作原理
此夹具方案原理为特殊的一面两销定位原理，特殊之处有二，一是圆柱销采用弹簧涨套涨紧工件内孔实现销与工件内孔零间隙配合，二是弹簧涨套与主轴偏心位置精度决定了产品的偏心距加工质量。
如图4所示为HY150YB泵体偏心车夹具方案图，其工作原理为：
定位：如图4（a），定位元件定位板（件02）右端面与零件长度35.5尺寸左端面定位；如图4（b），通过两销将定位元件定位板（件02）与定位元件弹簧涨套（件03）精确定位，保证偏心距尺寸，定位元件弹簧涨套实现零件的精确定位；定位元件菱形销定位偏心距的角向位置。
夹紧：弹簧涨套的弹性变形实现夹紧
加工前，此套夹具无需找正，就可以迅速而可靠地保证工件对机床和刀具的正确相对位置，并可迅速夹紧。既可保证加工精度，又可提高生产效率，但没有通用性。此夹具的设计、制造和维修特别需要一定的投资。
可见，所设计的HY150YB的偏心车夹具是满足加工要求的。
3 单偏心距转子泵泵体车加工工艺应用及分析
偏心车夹具投入使用后，加工效果良好，提高了生产效率，保证了产品质量。
（1） 生产效率。铣削加工生产节拍为每件10分钟，车削加工生产节拍为每件4分钟。整体工艺流程由原有的7道工序缩减至4道工序，减少了设备的数量，提高了设备利用率，适应了批量生产要求。
（2）根据采用车削泵体加工工艺所加工的2000多件产品的检测结果（表1为部分检测结果），油泵体的产品质量基本得到保证，工序CPK达到1.67以上，远高于铣削加工相关指标。
4 结束语
实践证明，对单偏心距泵体，采用偏心车削加工的方法代替原铣削加工方法，完全满足产品要求，是一种可推行的加工方案。通过理论分析及实际应用效果对比可以看出，偏心车夹具的应用使得车削加工方法得以实现。研究结果表明：
（1） 偏心车夹具可以推广同类单偏心距泵体加工；
（2）以车代铣加工工艺的突破是以偏心车夹具的实现为前提的；
（3） 加工方法有多种，可按照提高生产效率、实现产品技术条件等标准进行对比选择。
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