活節螺栓用于飛機小型活塞桿多工位加工的工藝

點擊數：3582022-06-17 14:17:22　來源: 機械工程師

0 引言

在熱后精加工飛機活塞桿外圓、內孔時，需要在不同機床間周轉工件，同時在粗加工時活塞桿自帶的工藝夾頭、工序基準等在精加工時都已去掉，為無遮擋式精加工帶來很大的困難。精加工活塞桿的關鍵在于正確地選擇工藝基準和裝夾方式[1]，為確保飛機活塞桿加工質量，必須有一個通用工藝夾頭在車床、外圓磨床、內圓磨床間周轉時不用拆卸，才能保證精加工后的活塞桿外圓、內孔的加工質量符合飛機安全運行的要求。工藝夾頭需要安裝在活塞桿頭部孔中，對于大規格的活塞桿加工，通過活塞桿輪軸孔安裝、拆卸工藝夾頭，比較方便。小型活塞桿的加工在我公司是首次遇到，本文提供一種飛機小型活塞桿加工的工藝夾頭，解決了小型活塞桿多工位加工問題。

1 小型活塞桿工藝性分析

圖1所示為小型活塞桿簡圖，精加工臺階外圓和臺階孔，定位尺寸為活塞桿頭部的φ45 mm及頭部一部分端面?；钊麠U頭部端面由斜面、直面和圓弧面構成，端面還伸出小球頭。小球頭直徑為φ20 mm，和活塞桿中心距為33 mm，即φ45定位面和小球頭球面只有0.5 mm的間隙，φ45孔的長度只有10 mm；活塞桿頭部輪軸孔尺寸φ50 mm；活塞桿臺階內孔最小為φ48 mm，最大為φ64 mm，這樣的結構和尺寸為工藝夾頭定位心軸的設計帶來很大難度。

中、大型活塞桿頭部定位孔、輪軸孔尺寸都在100 mm以上，工藝夾頭一般設計成兩部分，活塞桿孔內的壓塊可以從輪軸孔或活塞桿內孔中安裝，工藝夾頭一般都是由生產車間自行設計二類工裝解決。對于此飛機的小型活塞桿，壓塊不能從輪軸孔、活塞桿內孔安裝，小型活塞桿的精加工需要克服定位、安裝孔小和定位面復雜的困難，需要一種新的設計思路來解決。

2 工藝夾頭的設計應用

2.1 工藝夾頭的整體設計

如圖2所示,工藝夾頭由定位心軸、帶肩螺母、開口墊圈、活節螺栓、壓塊、銷子組成。

定位心軸的結構如圖3所示，以飛機活塞桿的頭部孔和部分端面為定位基準，進行外圓、內孔加工[2]。圓柱面 給 活 塞 桿 頭 部 φ45 孔 定位，臺階面使用中頂住活塞桿頭部的部分直端面；左端夾持面用于在機床卡盤上夾緊，頂尖孔配合機床頂尖頂緊；中間開口錐槽用于安裝開口墊圈和帶肩螺母。帶肩螺母與活節螺栓螺紋連接，壓緊開口墊圈，從而固緊壓塊。開口墊圈的開口部位直接接觸活節螺栓，帶肩螺母擰松兩圈后就可以去掉開口墊圈，開口墊圈的主要作用是增大帶肩螺母、定位心軸的接觸面積，提高夾緊力。

活節螺栓用銷子與壓塊連接，可以繞銷子在壓塊的槽中一定范圍內轉動；活節螺栓左端與帶肩螺母螺紋連接，將定位心軸、壓塊連成一體。在帶肩螺母擰緊時，壓塊端面壓緊活塞桿臺階孔端面，整個工藝夾頭與活塞桿連成一體并保證與活塞桿同軸，可以在各工序加工中連續周轉不用拆卸。

2.2 壓塊的設計及安裝壓塊（如圖2）外形設計成梯形，兩側端面設計有對稱的弧面，上下端面間開有梯形槽，梯形槽兩側開有銷子孔，活節螺栓的頭部插入梯形槽中，通過銷子安裝在一起。如圖4所示，使用時，壓塊沿活塞桿頭部臺階孔旋轉安裝至該孔中，由壓塊上端面壓緊活塞桿頭部臺階孔的內側端面。壓塊的上端面尺寸必須大于φ45 mm的定位孔才能將活塞桿頭部臺階孔壓住，還要保證能順利從φ45 mm孔中旋轉安裝、拆卸。

2.3 工藝夾頭三種工作狀態的應用及特點

1）圖5所示是工藝夾頭“一夾一頂”工作狀態，裝夾時要適當放松機床尾座頂尖，使活塞桿加工中受熱伸長不受阻礙。采用一般的活頂尖，正反車削都可以用，每次進給完成后重新檢查或調整頂尖的松緊程度，以拇指和食指用力能輕輕捏停旋轉的頂尖時為合適。如果不使用工藝夾頭，通常情況下頂尖孔與卡夾基面不同軸，形成裝夾的過定位面致使活塞桿彎曲變形。使用工藝夾頭時，卡爪夾緊在工藝夾頭定位心軸的外圓上，被加工的活塞桿沒有與機 床卡爪接觸，完全克服“一夾一頂”方式的缺陷。

2）圖6是工 藝 夾 頭 的“兩頂”法使用狀態，裝夾時不會發生過定位現象，且同軸度很好，加工也方便。裝夾時頂尖不能頂得太緊，否則活塞桿因切削時受熱伸長而受到軸向頂力，從而引起變形和降低加工質量。若頂尖頂得較松，則加工時穩定性差，此方式適用于長徑比較小的多臺階軸類的加工。本文介紹的小型活塞桿最終長徑比為9.8，活塞桿外圓、內孔的被 加 工 面 是 多直徑的臺階形，所以用“兩頂”裝 夾方式精加工外圓面。

3）圖 5、圖 6所示的兩種工藝夾頭使用狀態都可用于無遮擋車、磨活塞桿外圓，圖7所示的“一夾一架”用于活塞桿內孔精加工。工藝夾頭配合中心架使用，中心架采用間隔90°的三支承結構，支承材料為HT200，軸向寬度為35～45 mm。3個支承伸出長度小于安裝孔深度的1/2?？梢罁庸ば枰阎行募茉跈C床導軌上滑動調整到合適位置。當活塞桿外圓 直徑改變后，要在徑向上調整3個支承，必要時可依據被加工面修磨支承面，以滿足加工需要。

2.4 工藝夾頭設計特點

1）工藝夾頭一次裝夾，三種用法。車削夾具及外圓磨夾具屬于同一類型的加工夾具，特點是工作時夾具和工件隨機床主軸一起高速旋轉。工藝夾頭始終和活塞桿連接在一起，實現對活塞桿一次裝夾，在車削加工、外圓磨削加工、內孔磨削間周轉，且實現活塞桿在各個工序間周轉時無障礙連續加工，確保精加工后活塞桿外圓、內孔加工質量。

2）工藝夾頭的定位心軸既有定位功能，又有夾緊功能。心軸上有車削、磨削用的夾持柄；還設計有“兩頂”用的中心孔；心軸的中間部位有用于安裝開口墊圈和帶肩螺母的開口錐槽；心軸右端（如圖3）對活塞桿內孔φ45和部分端面定位。

3）工藝夾頭的壓塊帶著活節螺栓、帶肩螺母能從活塞桿頭部孔中進入并旋轉壓緊活塞桿，壓塊的形狀、尺寸設計要求更高。

4）帶肩螺母反向旋轉兩圈，可以從定位心軸錐槽中拿掉開口墊圈，活節螺栓帶著帶肩螺母、壓塊從心軸開口錐槽中脫出，整個工藝夾頭可以很方便地分為兩部分，操作安全方便。

3 工藝夾頭工作原理

1）壓塊通過銷子與活節螺栓連成一體，活節螺栓可以在壓塊的槽中繞銷子在一定范圍內旋轉；如圖4所示，將壓塊、活節螺栓旋轉安裝到活塞桿頭部孔中，轉動活節螺栓，使圖2所示的壓塊上端面緊貼活塞桿頭部臺階孔端面。

2）將圖3所示的定位心軸定位面分別與活塞桿短孔和端面配合給活塞桿定位，以限制其運動；在圖5所示的開口錐槽中安裝好開口墊圈3，擰緊帶肩螺母2，使活塞桿和工藝夾頭連成一體。

3）機床卡盤夾緊定位心軸的夾持面或由頂尖頂緊其頂尖孔，再配以機床的尾座頂尖或中心架，可以實現圖5、圖6、圖7所示的“一夾一架”、“兩頂”、“一夾一頂”連續無障礙精加工。精車外圓、精磨外圓、精磨內孔等所有工序中，工藝夾頭始終與活塞桿固定連接在一起。

4）加工完成后，反向擰帶肩螺母2兩圈，從定位心軸開口錐槽中抽掉開口墊圈3，活節螺栓帶著帶肩螺母2、壓塊從定位心軸孔中脫出。從機床上拆掉定位心軸，活塞桿頭部孔中旋轉退出壓塊、活節螺栓，加工完成。

4 結語

飛機小型活塞桿加工的工藝夾頭，壓塊帶著活節螺栓、帶肩螺母從活塞桿孔口進入，然后由壓塊壓緊活塞桿臺階孔端面；工藝夾頭一次裝夾后，可以在車床、外圓磨床、內圓磨床間周轉，完全實現無障礙連續精加工，內孔、外圓達到0.01～0.02 mm的同軸度，安裝、拆卸方便。該結構已經在活塞桿內孔小于φ50 mm的精加工中推廣應用，且獲得國家知識產權局專利證書，專利號為ZL 2020 20211131.5。