一种配气凸轮轴复杂油孔系精确高效钻削夹具的制作方法

本发明属于钻削工装技术领域，涉及一种配气凸轮轴复杂油孔系精确高效钻削夹具。

背景技术：

柴油机配气机构凸轮轴属于关键件，主要功用是准确地按时打开和关闭气门，保证柴油机正常进气和排气，完成燃烧室内的换气任务。目前研发的多品种型号大功率柴油机配气机构凸轮轴分为左/右旋两种，属于细长轴类件。凸轮轴通用设计要求的多孔系油孔见图1，要求在距离止推端面1126mm的第1轴颈上的两侧加工两个孔φ3mm，表面粗糙度ra1.6um，孔外端锥面90°，表面粗糙度ra1.6um；距离凸轮端面为50.5mm的第2轴颈上的一侧加工1个孔φ2.5mm，表面粗糙度ra1.6um，孔外端锥面90°，表面粗糙度ra0.8um；距离凸轮端面分别为50.5mm的第3、4、5、6轴颈上在倾斜不同的30°方向加工4个孔φ2.5mm，表面粗糙度ra1.6um；在距离凸轮端面分别为8mm的12个凸轮上加工12个φ1mm和φ2.5mm孔，表面粗糙度ra6.3um。原加工方案是采用三坐标划线机确定油孔系的油孔中心线，然后采用v形铁支撑凸轮轴轴颈，并进行找正油孔中心，最后利用立式钻床完成油孔系加工。

原加工方案的主要技术缺陷，一是采用划线方案加工，存在人为误差因素，油孔中心易偏移超差，孔系加工精度低；二是由于油孔设计在不同角度、不同位置，加工分为4道工序，工艺流程长，同时采用v形铁支撑定位，工件找正时间长、难度大，效率低、周期长；三是划线、装夹对操作人员技术要求较高，且工序分散，制造成本较高，工艺方法适应性差。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：研制一种适应于多品种型号柴油机配气凸轮轴不同位置、不同角度的多油孔系钻削夹具，实现精确定位、高效率加工的目的，从而提高多油孔系加工效率和质量，降低制造成本，满足批量生产要求。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种配气凸轮轴复杂油孔系精确高效钻削夹具，其包括：夹具底板1、凸轮角座2、凸轮支撑3、导向板4、轴颈支撑角座5；所述夹具底板1底部安装在加工设备工作台上，夹具底板1顶部用于安装凸轮角座2、凸轮支撑3、导向板4、轴颈支撑角座5、轴颈支撑角座限位销6；凸轮角座2安装在夹具底板1的中部，用于支撑并定位凸轮轴7的凸轮端面，实现凸轮轴7轴颈和凸轮上的油孔系加工；凸轮支撑3安装在距离凸轮角座2右侧3～10mm处，用于凸轮轴7的凸轮升程面的限位，精确的保证轴颈油孔和凸轮油孔加工的角度；夹具底板1的左右两端各安装一个导向板4，导向板4上设置轴颈支撑角座5，轴颈支撑角座5用于支撑凸轮轴7，导向板4的底面与夹具底板1固定，顶面设置导轨，轴颈支撑角座5在导向板4的导轨上能够进行左右距离的调整，实现不同长度的凸轮轴和不同部位油孔加工。

其中，还包括：轴颈支撑角座限位销6，分别安装在两个导向板4内侧，用于限定轴颈支撑角座5的移动，使得轴颈支撑角座5只在导向板4内滑动，避免轴颈支撑角座5脱轨。

其中，所述凸轮角座2包括轴颈支撑v形座01、凸轮油孔用定位面02及轴颈油孔用定位面03，所述轴颈支撑v形座01与轴颈支撑角座5的v形中心高度和角度分别对应一致，以保证凸轮轴放置在夹具上的水平精度；凸轮油孔用定位面02是由一个倾斜15°～30°角度组成的一个v形座结构，且在与凸轮油孔用定位面02距离8mm的右侧凹面上设计一个工艺孔，用于夹具与加工设备找正用；轴颈油孔用定位面03设计为u型结构，防止安装凸轮轴时轴颈与轴颈油孔用定位面03的底面干涉，且在与轴颈油孔用定位面03距离50.5mm的位置上设计了一个工艺孔，该工艺孔与凸轮油孔用定位面2的工艺孔重合，用于夹具与加工设备找正用。

其中，所述v形座结构表面粗糙度设计为ra0.2～0.4um，凸轮油孔用定位面02必位于距离为公差值0.02～0.05mm且垂直于凸轮角座底平面b的两平行平面之间。

其中，所述轴颈油孔用定位面03表面粗糙度设计为ra0.2～0.4um，轴颈油孔用定位面03位于距离为公差值0.02～0.05mm且垂直于凸轮角座底平面b的两平行平面之间。

其中，所述凸轮角座2材料为碳素结构钢，通过渗碳、淬火达到热处理硬度为55～60hrc。

其中，所述夹具底板1安装凸轮角座2的平面位于距离为公差值0.05～0.1mm且平行于与设备工作台安装的平面的两平行平面之间。

其中，所述夹具底板采用材料为碳素结构钢，热处理35～40hrc。

其中，加工油孔时，将所述钻削夹具装在设备工作台上，调整凸轮角座2的中心与加工设备主轴中心对正，然后用四个螺钉固定压紧夹具底板1；将凸轮轴7放在凸轮角座2上，以每个轴颈右侧的凸轮端面和与该凸轮端面相贴合的凸轮角座2的轴颈油孔用定位面03为基准定位，以凸轮支撑3限位，轴颈支撑角座5作支撑平衡，通过移动凸轮轴7相继完成各个轴颈上距离该轴颈右侧的凸轮端面50.5mm的油孔系的加工。

其中，加工油孔时，还包括：以每个轴颈右侧的凸轮端面和凸轮油孔用定位面02定位，凸轮支撑3限位，轴颈支撑角座5作支撑平衡，通过移动凸轮轴相继完成所有凸轮上距离每个轴颈右侧的凸轮端面8mm的油孔系的加工。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的配气凸轮轴复杂油孔系精确高效钻削夹具，使用方便，工件装夹迅速，定位安全可靠；工艺流程在原来4道工序基础上缩短为1道工序，生产效率由原来加工一件凸轮轴油孔1.0h缩短为0.5h，在原来基础上加工效率提高了50％。该发明技术已应用于所有型号柴油机凸轮轴的批量生产，按年生产纲领5000件核算，优化的工艺流程节约制造成本20万元。

附图说明

图1为现有技术中凸轮轴多孔系油孔设计示意图。

图2为本发明实施例钻削夹具结构示意图。

图3为本发明实施例钻削夹具工作原理示意图。

图4为本发明实施例钻削夹具底板示意图，b图是a图的俯视图。

图5为本发明实施例凸轮角座示意图，b图是a图的俯视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本实施例中，凸轮轴油孔加工所采用设备为普通台式钻床。

(1)本实施例钻削夹具设计思路

根据凸轮轴多油孔系的通用设计要求，零件装夹应以每个油孔附近的凸轮端面定位，以凸轮的侧面限位，这样最短距离的定位方式，有利于提高定位刚性、减少细长轴定位误差，就能够实现工件装夹快捷、定位精确，达到高效加工的目的，且适应性强，能够满足多品种型号柴油机的配气凸轮轴多油孔系加工。

(2)本实施例钻削夹具技术方案

参照图2所示，图2是将凸轮轴7安装在夹具上的示意图。本实施例钻削夹具包括夹具底板1、凸轮角座2、凸轮支撑3、导向板4、轴颈支撑角座5、轴颈支撑角座限位销6。

夹具底板1底部安装在加工设备工作台上，夹具底板1顶部用于安装凸轮角座2、凸轮支撑3、导向板4、轴颈支撑角座5、轴颈支撑角座限位销6；凸轮角座2安装在夹具底板1的中部，用于支撑并定位凸轮轴7的凸轮端面，实现凸轮轴7轴颈和凸轮上的油孔系的定位加工；凸轮支撑3安装在距离凸轮角座2右侧3～10mm处，用于凸轮轴7的凸轮升程面的限位，精确的保证轴颈油孔和凸轮油孔加工的角度；夹具底板1的左右两端各安装一个导向板4，导向板4上设置轴颈支撑角座5，轴颈支撑角座5用于支撑凸轮轴7，导向板4的底面与夹具底板1固定，顶面设置导轨，轴颈支撑角座5在导向板4的导轨上能够进行左右距离的调整，实现不同长度的凸轮轴和加工不同部位油孔时，凸轮轴在夹具上自由滑动的功能，确保细长轴的精确支撑，防止变形，满足凸轮轴凸轮及轴颈上任意位置上的油孔加工要求；两个导向板4内侧各安装一个轴颈支撑角座限位销6，用于限定轴颈支撑角座5的移动，使得轴颈支撑角座5只在导向板4内滑动，避免轴颈支撑角座5脱轨，保证凸轮轴有效支撑。

(3)夹具工作原理

根据图2分析，首先将夹具装在设备工作台上，调整凸轮角座2的中心孔与加工设备主轴中心对正，然后用四个螺钉固定压紧夹具底板1；将凸轮轴7放在凸轮角座2上，以每个轴颈右侧的凸轮端面和与该凸轮端面相贴合的凸轮角座2的最右侧竖直表面c为基准定位，以凸轮支撑3限位，轴颈支撑角座5作支撑平衡，通过移动凸轮轴7相继完成第1～6轴颈上距离该轴颈右侧的凸轮端面50.5mm的油孔系的加工；以每个轴颈右侧的凸轮端面和凸轮角座端面a定位，凸轮支撑3限位，轴颈支撑角座5作支撑平衡，通过移动凸轮轴相继完成所有凸轮上距离每个轴颈右侧的凸轮端面8mm的油孔系的加工。工作原理见图3。

(4)关键元器件方案

1)夹具底板方案

夹具底板方案设计见图4，主要作用是支撑、安装凸轮角座2、凸轮支撑3、导向板4、轴颈支撑角座5、轴颈支撑角座限位销6等机件，并与加工设备工作台连接固定，实现工件油孔的加工。采用材料为碳素结构钢，热处理35～40hrc；为了保证轴颈支撑角座5和导向板4装配位置精度，在螺钉紧固基础上增加定位销孔；为了保证凸轮角座2和轴颈支撑角座5的定位精度，夹具底板1安装凸轮角座2的平面必须位于距离为公差值0.05～0.1mm且平行于与设备工作台安装的平面的两平行平面之间。总体外形尺寸与结构考虑了多品种型号凸轮轴的设计要求，满足了从6缸～12缸的凸轮轴装夹，提高了夹具底板的适应性。

2)凸轮角座方案

凸轮角座是钻孔夹具的关键件，它的设计结构和精度直接影响到凸轮轴轴颈和凸轮上油孔系加工的尺寸和角度的精确性，以及多油孔系加工的效率。凸轮角座方案设计见图5，凸轮角座包括轴颈支撑v形座01、凸轮油孔用定位面02及轴颈油孔用定位面03，为了保证工艺刚性，采用整体结构设计方案，材料为碳素结构钢，通过渗碳、淬火达到热处理硬度为55～60hrc。轴颈支撑v形座01与轴颈支撑角座5的v形中心高度和角度分别对应一致，以保证凸轮轴放置在夹具上的水平精度。凸轮油孔用定位面02是由一个倾斜15°～30°角度组成的一个v形座结构，且在与凸轮油孔用定位面02距离8mm的右侧凹面上设计了一个工艺孔，用于夹具与加工设备找正用；v形座结构的表面质量和工艺孔的位置精度，是影响凸轮轴精确定位和凸轮上油孔系加工精度的关键，为此，将v形座结构表面粗糙度设计为ra0.2～0.4um，凸轮油孔用定位面02必须位于距离为公差值0.02～0.05mm且垂直于凸轮角座底平面b的两平行平面之间，且工艺孔的距离公差为±0.05mm。轴颈油孔用定位面03设计为u型结构，防止安装凸轮轴时轴颈与轴颈油孔用定位面03的底面干涉，且在与轴颈油孔用定位面03距离50.5mm的位置上设计了一个工艺孔，该工艺孔与凸轮油孔用定位面2的工艺孔重合，用于夹具与加工设备找正用；定位面的表面质量和工艺孔的位置精度，是影响凸轮轴精确定位和轴颈上油孔系加工精度的关键，为此，将轴颈油孔用定位面03表面粗糙度设计为ra0.2～0.4um，轴颈油孔用定位面03必须位于距离为公差值0.02～0.05mm且垂直于凸轮角座底平面b的两平行平面之间，且工艺孔的距离公差为±0.05mm。该凸轮角座的结构和精度设计，保证了凸轮轴油孔的不同轴向距离和角度，零件装夹方便快捷、实现了加工误差最小、生产效率最高的目的，达到了“高精、高效、高质”的要求。

由以上技术方案可以看出，本发明有以下显著特点：

(1)凸轮角座是该夹具发明的关键，主要由轴颈支撑v形座1、凸轮油孔用定位面2及轴颈油孔用定位面3三部分组成；设计了距离钻床主轴中心位置8±0.05mm和50.5±0.05mm两个尺寸的定位点，通过移动凸轮轴，可快速实现多品种型号凸轮轴不同位置、不同角度的油孔系加工；同时设计了工艺孔结构，为夹具找正提供了技术支持。

(3)零件装夹以每个油孔附近的凸轮端面定位，以凸轮的侧面限位，这样最短距离的定位方式，有利于提高定位刚性、减少细长轴定位误差，实现了工件装夹快捷、定位精确，达到高效加工的目的，且适应性强，能够满足多品种型号柴油机的配气凸轮轴多油孔系加工。

通过生产验证，该夹具使用方便，工件装夹迅速，定位安全可靠；工艺流程在原来4道工序基础上缩短为1道工序，生产效率由原来加工一件凸轮轴油孔1.0h缩短为0.5h，在原来基础上加工效率提高了50％。该发明技术已应用于所有型号柴油机凸轮轴的批量生产，按年生产纲领5000件核算，优化的工艺流程节约制造成本20万元。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。