車削偏心軸的常用方法

陳陽

上海振華重工（集團）股份有限公司長興分公司 上海 201913

1 序言

在機械傳動中，偏心零件常被用于將回轉運動轉換成為往復直線運動，或者將往復直線運動轉換成為回轉運動，這種轉換在機械傳動中十分普遍。三角帶傳動中的平面連桿機構一般采用偏心軸，以方便調節軸與軸之間的中心距離。偏心軸相對于普通軸而言，除了可以傳遞自轉外，還可以同時傳遞公轉。偏心軸的應用很廣，比如用于汽車、各種發動機和泵等靠機械來傳動的儀器，由于性能要求越高的儀器，對其零件的要求也就越高，因此研究偏心軸的加工方法對提高儀器的質量有很大意義。所謂偏心軸（見圖1），即比一般軸類多出一條或幾條軸心線，但這些多出的軸心線是平行不相交的，兩條軸心線之間的垂直距離稱為偏心距。其實車削偏心軸的方法有很多種，本文將簡析常用的5種偏心軸車削方法，以期為讀者提供參考和借鑒。

圖1 偏心軸

2 偏心軸加工設備

偏心軸一般在應用最廣泛的臥式車床上加工。數控臥式車床如圖2所示。

圖2 數控臥式車床

3 車削方法

車削偏心軸主要在裝夾方面采取措施，把要加 工的偏心部分軸線找正到與車床主軸軸線重合[1]。

3.1 單動卡盤裝夾車削

長度在300mm以下、偏心距在10mm以下的小批量且要求不太高的偏心軸，可以用單動卡盤裝夾車削。在加工時，首先加工非偏心部分，然后在單動卡盤上利用帶有磁性表座的百分表校正出所需要的偏心距即可加工，單動卡盤裝夾車削偏心軸如圖3所示。在粗車時，進給量和機床轉速要小，防止因工件不圓而壞刀，工件車圓后可適當加大進給量和機床轉速。

圖3 單動卡盤裝夾車削偏心軸

由于單動卡盤上的4個卡爪是獨立移動的，這樣的結構使得在裝填工件時不能自動得到中心，所以必須通過找正的方式保證工件的轉軸重合到車床主軸的轉軸上，然后再進行切削加工。雖然裝夾和找正比較麻煩，但是裝夾大型或形狀不規則的工件時，使用夾緊力比自定心卡盤大的裝夾方式更加合適。同時，可根據需要將單動卡盤裝成正爪或反爪兩種形式，其中直徑較大的工件則采用反爪裝填的形式。

采用此法加工時，可在單動卡盤平口鉗口處放置一條較窄的紫銅帶，以增加工件在找正時水平方向的自由度，并防止外圓損傷。單動卡盤在數控車床裝夾，可以通過以下方法進行找正。

1）先在工件上劃好偏心圓，并將其安裝在單動卡盤上，調節卡盤兩爪呈不對稱位置，使另外兩爪呈對稱位置，讓工件的偏心圓線位于卡盤中央[2]。

2）把小平板和劃針盤放在床面上，并將針尖對準偏心圓線，以校正偏心圓。然后用同樣方法，將針尖對準外圓水平線，并自左至右檢查水平線是否水平。將工件旋轉90°，重復上述步驟檢查另一條水平線。檢查完成后，緊固卡腳并復查工件夾緊情況。

3）在工件校準之后，再次擰緊單動卡盤進行切削。初次切削時，進給量和切削深度要小，待工件車圓之后，可以適當增加切削量。否則就有可能對車刀造成損壞，也有可能使工件發生位移。

3.2 自定心卡盤裝夾車削

當批量加工偏心軸，且要求不是很高，偏心距更小時（一般在5mm以下，如果太大，則不適用下述墊片厚度近似計算公式），可以用自定心卡盤加合適的墊片來加工此偏心軸，自定心卡盤裝夾如圖4所示。墊片厚度的近似計算公式為

圖4 自定心卡盤裝夾示意

式中，X為墊片厚度（mm）；e為偏心距（mm）；d為卡盤所夾部分直徑（mm）。

使用自定心卡盤裝夾的方法也要先加工非偏心部分的外圓，然后將合適的墊片墊在任意一只爪和工件之間，再將工件夾緊即可車削。如果想要獲得更高的產品精度，則可以采用薄銅片墊在卡爪上和采用夾緊力來微調偏心距，使產品的精度控制在一定范圍內。該方法有一個重要問題應先解決，即墊片的縱向長度會影響偏心工件的縱向平行度。有研究表明，縱向長度＜13mm時比較難保證其平行度，縱向長度＞30mm時更容易保證其平行度。這里還要補充一點，就是在選擇墊片時，一定要選擇足夠硬的材質，這樣才能防止由于多次裝夾而造成擠壓變形的情況發生。

自定心卡盤裝夾工件，夾緊方便快捷，但夾緊力較小，適用于大批量中小型規則工件的夾持。自定心卡盤可以自動定心，無需費太多時間尋找合適的位置，但是在夾持較長的工件時，工件與卡盤軸線不一定重合，需要進行找正。當卡盤使用過久造成精度下降，或者對工件的加工精度有較高要求時，也一定要進行校正。

3.3 雙重卡盤裝夾車削

雙重卡盤裝夾車削偏心軸如圖5所示，在單動卡盤上夾上相應偏心距的自定心卡盤，然后在自定心卡盤上夾住工件進行加工。這種方法有一個優點就是只校正自定心卡盤即可，且不受裝夾影響，不會對已加工表面造成損傷，但此方法也存在兩個卡盤重疊后剛性不佳的缺點。

圖5 雙重卡盤裝夾車削偏心軸

3.4 專用夾具裝夾車削

對于精度要求較高且數量較多的偏心軸，可使用專用夾具進行加工。在加工前應根據工件的偏心距加工出相應的偏心套，然后將要加工的零件安裝在偏心套里，并用3個緊固螺釘鎖住，再進行加工。偏心套裝夾車削短偏心軸如圖6所示。

圖6 偏心套裝夾車削短偏心軸

值得注意的是，加工出來的偏心套與零件配合表面的表面粗糙度值越小越好，公差一般選擇H6/h6，且加工時如果工件過長，則必須用頂尖頂緊以防零件松動而導致加工精度降低。這種方法還可以車削稍長一點的偏心軸，即把待加工零件裝入偏心套里，固定好后再利用尾座里的鉆夾頭鉆偏心孔，然后用頂尖頂緊即可加工。偏心套裝夾車削長偏心軸如圖7所示。

圖7 偏心套裝夾車削長偏心軸

采用這種方法車削零件不需要找正偏心，可操作性強，對操作人員技能要求不高，且加工精度不受人為因素影響，能夠大幅提高生產效率。

3.5 兩頂尖裝夾車削

只要偏心軸的兩端面能夠鉆入中心孔，并有夾頭的位置固定機芯，較長的偏心軸就可以被安裝在兩頂尖之間進行車削。

使用兩頂尖裝夾的方式，在偏心中心孔中車削偏心圓，這種方式與在兩頂尖車削一般的外圓相似，但不同之處在于車削偏心圓時，由于一轉內工件加工余量變化較大，且切削斷續，因此會造成較大的沖擊和振動[3]。雖然不需要花費很多時間找正偏心，但使用這種方法需要注意以下幾點。

1）由于用兩頂尖安裝、車削偏心工件時，保證基準圓中心孔和偏心圓中心孔的鉆孔位置精度是關鍵[3]，否則不能保證偏心距離的準確性，因此在鉆中心孔時要格外留心。

2）頂尖和中心孔一定要保持接觸的適當松緊，潤滑油要定期加注，以減少摩擦磨損。

3）斷續車削偏心圓時，為了使初次進刀的切削量更小，應該從離偏心最遠的部分開始切入。

4 刀具的選擇

無論選擇哪種裝夾方式，在切削過程中都容易出現刀具破損和積屑。因此，在切削偏心軸的外圓時，必須同時考慮刀具主副偏角與刀尖角。刀具的主偏角主要是切削刃在基面上的投影和進給方向的夾角，這對刀具的應力和導熱性能的影響非常大。通常使用的是主偏角93°的刀具，這個角度的刀具具有很大的切削力，但很容易導致零件彎曲變形，在經過熱處理后，應力的影響會使零件的彎曲變形變得更嚴重。刀具的副偏角是副切削刃在基面上的投影和偏離方向之間的夾角，減小副偏角能減小加工表面的表面粗糙度值，但過小會使反作用力增加。刀尖角為主副切削刃在基面上投影間的夾角，對刃口的強度及散熱性有較大的影響。根據工件的形狀選擇合適的刀具，可有效地減小切削壓力和變形，提高工件的加工精度。

5 測量方法

對于精度要求較高但偏心率不大的偏心軸，可用V形塊和百分表對偏心距進行測量。測量時，在偏心軸頸上支承兩片等高的V形塊，使之呈偏心狀。接著將百分表的探頭對準偏心外圈，緩緩轉動偏心軸，則百分表的讀數將是偏心距的2倍。

對于精度要求較高、大偏心率的偏心軸，可通過高度游標卡尺和百分表來測量偏心距。在測量過程中，高度游標卡尺測腳移動的距離為偏心距的2倍。百分表上測得的數值是2倍偏心距的誤差值。這種測量方法具有操作簡便、測量范圍廣和準確度高等優點。

6 結束語

偏心軸的每一種車削方法和裝夾方式都有其不足之處：采用單動卡盤裝夾車削時，由于每個工件都要進行調整，偏心校正的速度太慢，所以不宜大量使用；采用自定心卡盤加墊片加工時，很難保證平行度要求；采用專用夾具加工偏心套時，如果工件規格、尺寸和偏心距等不同，品種較多，稍有變化就得重新制做偏心套，那么制造成本高，不劃算；采用雙卡盤加工時，剛性差且不安全；采用兩頂尖加工時，主、偏心孔不好把握?？傊?，只有對偏心軸零件和加工方法足夠了解，才能在實際加工中揚長避短，應用自如。