吉永娟

（南京鐵道車輛技師學(xué)院，南京 210000）

近年來，隨著我國(guó)鐵路事業(yè)的高速發(fā)展，列車為人們的出行提供了舒適的環(huán)境和安全的保障，列車上的制動(dòng)閥用于控制列車的起動(dòng)、停止和列車前進(jìn)速度的重要部件，關(guān)系著列車的行駛安全和乘客的生命安全，制動(dòng)閥的墊片可以起到相關(guān)連接件之間的緊密連接和防松的作用，保證制動(dòng)閥在列車運(yùn)行中能正常工作，也是列車上各部件中常用的配件，如圖1所示，因此在企業(yè)生產(chǎn)中多采用批量生產(chǎn)。

1 工藝分析

圖1中墊片材料選用45鋼，數(shù)量300個(gè)，屬于批量加工，最大直徑為?38 mm，左右2端各有2個(gè)深2 mm，直徑為?34 mm的端面槽，中間是套在閥芯上預(yù)留的?20 mm的孔，圖上雖未標(biāo)注相關(guān)的尺寸公差及形位公差要求，但為了保證兩連接件的緊密，防止松動(dòng)，在加工中仍要滿足一般的公差要求。為了提高生產(chǎn)效率，企業(yè)中通常采用數(shù)控車削加工，本案例中選用毛坯為?40 mm×1 000 mm的棒料，在車削加工中一般采用的工序?yàn)椋很囉叶嗣妗@?20的孔—車?38的外圓—車右端面槽—切斷（長(zhǎng)度預(yù)留0.5 mm的精加工余量）—掉頭裝夾—車左端面（保證總長(zhǎng)7 mm）—車右端面槽。本案例中加工的難點(diǎn)在于墊片為薄壁類零件（邊緣壁厚2 mm），掉頭裝夾后，除了在夾持力度方面有較高的要求，防止墊片變形外，更重要的是墊片長(zhǎng)度僅7 mm（墊片厚度越小，圓跳動(dòng)越難控制），掉頭裝夾后需要伸出一定長(zhǎng)度以去除0.5 mm的精加工余量。因墊片厚度較小，裝夾時(shí)易出現(xiàn)圓跳動(dòng)誤差，若圓跳動(dòng)過大，就會(huì)導(dǎo)致墊片端面不平整，在工作中不能與制動(dòng)閥上下2個(gè)連接件之間緊密接觸，墊片在工作中也易磨損，影響制動(dòng)閥的正常工作；同時(shí)當(dāng)圓跳動(dòng)過大，因夾持長(zhǎng)度較短（根據(jù)墊片結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，夾持長(zhǎng)度為5～6 mm），當(dāng)主軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，墊片極易飛落，從而引起事故發(fā)生。那么在裝夾中該如何控制端面圓跳動(dòng)，以保證墊片的加工精度呢？要控制好墊片在加工中的端面圓跳動(dòng)，首先需要了解什么是端面圓跳動(dòng)。

圖1 制動(dòng)閥墊片（單位：mm）

2 端面圓跳動(dòng)的概念

端面圓跳動(dòng)公差帶是與于基準(zhǔn)軸線同軸的任意半徑位置的測(cè)量圓柱面上沿母線方向距離為公差值t的兩圓之間的區(qū)域。即當(dāng)被測(cè)件繞基準(zhǔn)軸線無軸向移動(dòng)旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，在被測(cè)面上任意一測(cè)量直徑處的軸向跳動(dòng)量不得大于公差值0.1 mm，如圖2所示。端面圓跳動(dòng)是整個(gè)端面的形狀誤差及其對(duì)基準(zhǔn)軸線的垂直度誤差的綜合反映，其是機(jī)械設(shè)計(jì)中必然存在的1個(gè)跳動(dòng)誤差，存在是事實(shí)，采用措施控制才有意義。

圖2 端面圓跳動(dòng)

端面圓跳動(dòng)值測(cè)量的方法一般采用傳統(tǒng)的儀器測(cè)量法和數(shù)據(jù)采集儀連接百分表測(cè)量法2種，但本案例中的墊片并未標(biāo)注出具體的端面圓跳動(dòng)公差值，在加工中只需避免端面對(duì)基準(zhǔn)軸線存在“傾斜式”的垂直度誤差，可按照GB/T 1184—1996《形狀和位置公差 未注公差值》中常用精度等級(jí)執(zhí)行以滿足實(shí)際生產(chǎn)需要即可，無需測(cè)量出具體數(shù)值。那么在實(shí)際批量生產(chǎn)中又該如何控制墊片的圓跳動(dòng)呢？

3 控制端面圓跳動(dòng)的方法

車削加工中常用的盤類零件端面圓跳動(dòng)的控制方法有以下幾種。

3.1 百分表找正法

車削加工中百分表找正方法是先將工件夾持在卡盤上，調(diào)節(jié)百分表，使測(cè)頭垂直指向端面，并壓表一到兩周，然后手動(dòng)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)卡盤，使被測(cè)工件回轉(zhuǎn)一周，找出指針旋轉(zhuǎn)的最高位置后，用木錘進(jìn)行敲打工件最高點(diǎn)，使指針回落。再次旋轉(zhuǎn)卡盤，以同樣的方法校正其他最高位置，直至工件旋轉(zhuǎn)一周后，指針跳動(dòng)的數(shù)值在公差范圍之內(nèi)為止（圖3）。最后進(jìn)一步夾緊工件。此方法精度較高，但對(duì)操作人員的技能水平要求也較高，在一次找正過程中通常需要2～6 min，因此多用于單件生產(chǎn)中。

圖3 百分表找正法

3.2 銅棒找正法

銅棒找正法通常是事先在機(jī)床刀架上裝夾一圓頭銅棒，再輕輕夾緊工件，然后使卡盤低速帶動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)，移動(dòng)床鞍，使刀架上的圓頭銅棒輕輕接觸已粗加工的工件端面，再由外向內(nèi)徑向緩慢移動(dòng)床鞍，觀察工件端面大致與軸線垂直后即停止旋轉(zhuǎn)，并夾緊工件，如圖4所示。銅棒找正法在使用過程中比百分表簡(jiǎn)單方便，精度一般可控制在0.01～0.02 mm之間，采用銅棒找正雖然可以控制端面圓跳動(dòng)，但因不能保證工件每次伸出的長(zhǎng)度一致，導(dǎo)致在數(shù)控加工中每次都要進(jìn)行Z方向的對(duì)刀，而且墊片為薄壁類零件，夾持長(zhǎng)度較小，對(duì)操作者夾持力度要求較高，夾持力過小，銅棒在接觸墊片的過程中會(huì)使墊片發(fā)生軸向移動(dòng)；夾持力度過大，則銅棒無法校正端面圓跳動(dòng)，因此銅棒找正法也無法高效地控制墊片的端面圓跳動(dòng)，此方法一般用在各類大賽中或小批量的產(chǎn)品生產(chǎn)中。

圖4 銅棒找正法

3.3 在卡盤上車定位槽法

當(dāng)企業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常有不同類型的盤類零件的產(chǎn)品需要批量生產(chǎn)時(shí)，可考慮在三爪卡盤上車削一定位槽的方法控制端面圓跳動(dòng)，如圖5所示。在卡盤內(nèi)側(cè)車一長(zhǎng)度為5～6 mm定位槽，裝夾時(shí)，將墊片右端面掉頭后放入卡盤槽內(nèi)，并緊靠槽底，然后進(jìn)行夾緊，這樣在車削中可保證每次伸出長(zhǎng)度大致相同，省略每次的對(duì)刀時(shí)間，同時(shí)保證左右端面的平行度和控制端面的圓跳動(dòng)，操作簡(jiǎn)單方便，對(duì)任何小尺寸的盤類零件都適用，使用廣泛。但因卡盤前端被車出一定位槽，當(dāng)夾持其他非小尺寸的零件時(shí)，定位槽不能與工件表面接觸，力度無法保證，需要重新更換卡爪，生產(chǎn)成本較大，在使用時(shí)需謹(jǐn)慎考慮。

圖5 在卡盤上車定位槽法

3.4 定位工裝法

企業(yè)在批量生產(chǎn)過程中要求產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)性、統(tǒng)一性和高效性，控制閥墊片在數(shù)控機(jī)床掉頭裝夾中要實(shí)現(xiàn)快速控制端面圓跳動(dòng)，可利用卡盤端面設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)單方便的定位工裝，如圖6所示。在工件掉頭裝夾時(shí)，將工件放入工裝左端面?38.5 mm的端面槽內(nèi)，槽深2±0.01 mm，可保證工件伸出的部分用于卡盤的裝夾，在裝夾過程中讓墊片右端面緊靠工裝槽內(nèi)，工裝左端面與三爪卡盤右端面靠近后夾緊墊片即可，這樣的裝夾定位方法簡(jiǎn)單快捷，還可以保證每次夾持長(zhǎng)度控制在5.5 mm左右（精加工余量0.5 mm），伸出長(zhǎng)度為2 mm，不僅控制了圓跳動(dòng)，同時(shí)也省略每次的對(duì)刀時(shí)間，相對(duì)比前2種端面圓跳動(dòng)控制方法節(jié)省了很多時(shí)間，同時(shí)對(duì)操作者技能水平要求不是很高，提高了生產(chǎn)效率。

圖6 定位工裝法（單位：mm）

4 定位工裝法控制墊片的端面圓跳動(dòng)

通過對(duì)以上幾種端面圓跳動(dòng)的控制方法對(duì)比分析，百分表找正方法直接、準(zhǔn)確，但操作復(fù)雜，對(duì)技能水平要求較高，用時(shí)較長(zhǎng)，一般用于單件生產(chǎn)中；銅棒找正法快捷方便，但對(duì)于這種夾持長(zhǎng)度較短、夾持力度要求的墊片而言，找正過程難度較大，適用于對(duì)夾持力度要求不嚴(yán)，工件伸出長(zhǎng)度沒有要求的工件端面控制；定位工裝和卡盤車定位槽的方法簡(jiǎn)單快捷，效率較高，適用于批量生產(chǎn)，但因卡盤車定位槽的方法成本較高，被車出槽的卡盤不再適宜夾持其他零件，因此在本案例制動(dòng)閥墊片中筆者根據(jù)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)狀采用定位工裝的方法。

定位工裝法是利用工裝的定位面（圖6中的左端面）與卡盤端面一周距離相等的原理控制墊片端面圓跳動(dòng)，使用時(shí)首先將切斷下的墊片待加工端面放入工裝的槽內(nèi)，再將墊片和工裝一起放在卡盤上，裝夾時(shí)要保證工裝的定位面緊靠卡盤端面，墊片待加工端面緊靠工裝槽底，最后將墊片伸出部分放入卡爪內(nèi)進(jìn)行夾緊即可，操作方法快捷方便。經(jīng)實(shí)際測(cè)試，工裝控制端面圓跳動(dòng)的精度可保證在0.02 mm以內(nèi)。同時(shí)因裝夾后工件的伸出長(zhǎng)度都相同，因此數(shù)控機(jī)床刀具不需每次都在Z方向?qū)Φ?，縮短了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率，也保證了批量生產(chǎn)過程中墊片的標(biāo)準(zhǔn)性和統(tǒng)一性，深受操作人員的歡迎。

5 使用定位工裝法的注意事項(xiàng)

（1）定位工裝是根據(jù)特定零件結(jié)構(gòu)而設(shè)計(jì)的專用工裝，工裝的使命隨著制動(dòng)閥墊片生產(chǎn)的完成而結(jié)束，不能用于其他零件端面圓跳動(dòng)的控制。

（2）裝夾時(shí)首先需要確定卡盤端面平整光滑，無凹凸面，其次定位工裝的定位面也需要平整光滑，才能保證圓跳動(dòng)的準(zhǔn)確性。

（3）若在墊片切斷過程中，墊片在切斷的一瞬間掉落，其左端面還留有一圈未切除掉的余料，為了避免影響定位的準(zhǔn)確性，可根據(jù)實(shí)際情況在工裝內(nèi)部鉆一大于?20 mm的孔用于放置多余的切斷余料，如圖7所示。

圖7 制動(dòng)閥墊片的定位工裝

（4）工裝對(duì)定位面表面粗糙度要求較高，對(duì)材料、長(zhǎng)度和外圓等尺寸無要求，操作者可選用合適的廢料制作，也可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

6 結(jié)束語

端面圓跳動(dòng)控制方法在盤類零件加工中應(yīng)用較多，影響著產(chǎn)品的質(zhì)量及加工效率，在加工中需要操作人員根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)要求，選擇合適的控制方法才能達(dá)到事半功倍的效果，本文列舉的幾種方法端面圓跳動(dòng)的控制方法各有所長(zhǎng)，可以使用在不同的場(chǎng)合，尤其是定位工裝法，廣泛使用在薄壁類零件的批量生產(chǎn)中以保證零件的統(tǒng)一性和標(biāo)準(zhǔn)性，讀者可根據(jù)零件結(jié)構(gòu)對(duì)工裝進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。