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摘要 本文主要通过合理安排转轴外圆上孔加工顺序，优化零件装夹方法并设计专用装夹夹具，同时对加工刀具进行优化，有效地提高了转轴外圆上孔的加工效率。
主题词 转轴 外圆上孔 加工顺序 加工效率
1 引言
转轴是某型号产品折叠舵面上锁紧机构的主要零件之一，在舵面的展开过程中，通过转轴连接将扭杆内贮存的动力传递给舵面以达到展开锁定的目的。转轴结构如图1所示，转轴外形为中空细长轴结构，小端有一用于安装扭杆的腰形孔7+0.061 +0.025mm×4.6+0.05 +0.02mm×R3.5mm，小端锥面上有1组与腰形孔垂直贯通的孔φ2+0.02 +0.01mm，外圆φ12-0.006 -0.024mm上直径为φ4+0.018 0mm深2.25mm的孔与孔φ2+0.02 +0.01mm夹角为6°±3′。零件硬度为HRC37～41。该零件采用30CrMnSiA棒料经机械加工成型。
前期转轴加工工艺流程为：粗车外圆并钻孔→热处理→半精车外圆 →精磨外圆→铣小端锥面上斜面→数铣利用第四轴钻外圆上2组孔→线切割割腰形槽→去毛刺→刻零件标识→镀覆→喷涂→交付装配 。
由于外圆上2组孔φ4+0.018 0mm、φ2+0.02 +0.01mm的加工，因每次装夹的零件都需找正，且找正平面面积小，需多次找正。在加工φ2+0.02 +0.01mm孔的过程中，钻头和立铣刀磨损快，且易断裂。加工效率低，已成为当前转轴加工的瓶颈。
2 对转轴外圆上孔加工效率低的原因分析
2.1 对转轴加工的工艺流程进行分析
对转轴工艺流程进行分析，发现外圆上孔的加工与端面上腰形槽的加工两道工序的加工顺序是可互换。若先加工外圆上孔，则线切割端面上腰形槽时就须以孔φ2+0.02 +0.01mm为定位基准;若先割端面上腰形孔，则在加工外圆上孔时，就须以端面上腰形槽为定位基准。线切割的切割面积无变化，交换加工顺序对线切割的加工时间无影响，而对钻孔的加工时间有明显影响。
a）先加工外圆上孔后加工端面上腰形槽，优点为：钻外圆上孔时，采用一夹一顶方式装夹，不需要制作专用工装夹具。缺点为：装夹后每件都需找正，找正平面小，为保证找正的准确性，需多次找正，找正耗时较多。钻上半部分孔因钻有中心孔，钻孔时不会偏斜，但钻下半部分孔时，钻头接触面为圆弧，钻头易偏，造成孔不垂直，钻头易磨损和断裂，铣孔时，因底孔不垂直，经常造成铣刀断裂。
b）先加工端面上腰形槽后加工外圆上孔，有点为：钻孔深度减少，钻下半部分孔时，钻头接触的起始面为平面，更有利于钻孔，孔的垂直度好。在制造夹具时，可在夹具上设置一基准平面用于间接找正零件，不必对每一零件都进行找正，可节约大量的找正时间。缺点为：钻外圆上孔时，需制造专用夹具以满足装夹要求。
由此可知，先加工转轴外圆上孔，后加工端面上腰形槽，虽然不用制造专用夹具，但影响了零件钻孔的加工效率，其加工顺序安排不是最佳方案;而先加工腰形槽，后加工外圆上孔更合理一些。
2.2转轴外圆上孔加工分析
加工孔时零件采用一夹一顶方式装夹固定零件，然后用百分表打表找正小端外圆锥面上的小斜面和小端端面。由于找正平面小，为保證找正的准确性，找正时需多次找正，单件仅找正时间就需7～8分钟，找正时间长，且每次装夹的零件都需要找正。如果我们能设计一套专用夹具，在夹具上设置一基准平面用于间接找正零件，而不必对每一个零件都进行找正，就可节约大量的找正时间，提高加工效率。
对转轴外圆上孔加工过程进行现场调查了解到：孔φ4为单面钻孔，且孔厚度为2.25mm，孔径稍大，该孔加工无难度。因零件硬度高（HRC37～41），在孔φ2+0.02 +0.01mm的加工过程中钻头磨损快，刀具更换频繁，反复修磨钻头占用时间较多。将修磨钻头和更换刀具所用时间平均分布到加工的每个零件，每件占时为3～5分钟。同时在钻φ1.7mm底孔时，上半部分孔因钻有中心孔，钻孔时不会偏斜，但在钻下半部分孔时，钻头接触面为内圆弧，钻头易偏，孔垂直度差，立铣刀铣孔时刀具容易断裂，刀具消耗量大，刀具成本费用高。
对此，我们选取了不同材质的刀具进行试加工。选取的刀具有普通钻头、501钻头、硬质合金钻头、普通涂层钻头、硬质合金涂层钻头。经过现场验证，利用φ2mm硬质合金涂层钻头钻出的孔垂直度好，孔径尺寸满足设计要求，不需要再用立铣刀进行精加工及铰刀铰孔，加工效率有明显提升，且1支钻头可加工上100件零件。因此更换加工刀具可提高转轴外圆上φ2+0.02 +0.01mm孔的加工效率。
通过分析可知，引起转轴外圆上孔加工效率低原因为：a、外圆上孔的加工顺序安排不当;b、零件找正方法不合理;c、刀具选择不合理
3 解决措施
措施一：对转轴加工工艺进行优化，调整外圆上孔和端面上腰形槽的加工顺序，减少φ2+0.02 +0.01mm孔钻孔深度，同时在钻下半部分孔时，使钻头接触的起始面为平面，更有利于钻孔。
措施二：设计并制造加工孔的专用装夹夹具（如图5所示），在加工外圆上孔时按图6所示装夹零件，先将夹具装夹在机床B轴的三爪卡盘上，打表找正后并固定，然后将零件套入夹具的定位凸台，利用尾座顶零件的另一端，三爪的中心与尾座中心同轴且等高，零件装夹后，自动摆放等高且水平，装夹定位可靠。加工时不必对每个零件进行找正，只需一次找正夹具即可，减少了零件装夹找正时间。
措施三：选择硬质合金涂层钻头直接钻φ2+0.02 +0.01mm孔，省去铣孔、铰孔时间减，少修磨钻头及更换刀具时间。
4 效果验证
按以上措施并对工艺进行优化，即将转轴外圆上孔的加工调整到割完端面上腰形槽之后，用专用夹具装夹并以腰形槽定位，找正夹具后用硬质合金涂层钻头钻φ2+0.02 +0.01mm孔。按此方法对转轴外圆上孔φ2+0.02 +0.01mm进行加工，加工264件转轴上孔φ2+0.02 +0.01mm仅用了1支钻头，钻头磨损情况良好，后续还可继续使用，且孔径尺寸满足要求，钻头使用效果良好。单件加工时间为14分钟/件，加工效率是原来的2.7倍，加工效率提升效果显著。
5 结论
本文通过合理安排转轴外圆上孔的加工顺序，优化零件装夹方法并设计专用装夹夹具，同时对加工刀具进行优化，将转轴外圆上孔的加工效率提升了1.7倍，有效地解决了生产中的实际难题。
主题词 转轴 外圆上孔 加工顺序 加工效率
1 引言
转轴是某型号产品折叠舵面上锁紧机构的主要零件之一，在舵面的展开过程中，通过转轴连接将扭杆内贮存的动力传递给舵面以达到展开锁定的目的。转轴结构如图1所示，转轴外形为中空细长轴结构，小端有一用于安装扭杆的腰形孔7+0.061 +0.025mm×4.6+0.05 +0.02mm×R3.5mm，小端锥面上有1组与腰形孔垂直贯通的孔φ2+0.02 +0.01mm，外圆φ12-0.006 -0.024mm上直径为φ4+0.018 0mm深2.25mm的孔与孔φ2+0.02 +0.01mm夹角为6°±3′。零件硬度为HRC37～41。该零件采用30CrMnSiA棒料经机械加工成型。
前期转轴加工工艺流程为：粗车外圆并钻孔→热处理→半精车外圆 →精磨外圆→铣小端锥面上斜面→数铣利用第四轴钻外圆上2组孔→线切割割腰形槽→去毛刺→刻零件标识→镀覆→喷涂→交付装配 。
由于外圆上2组孔φ4+0.018 0mm、φ2+0.02 +0.01mm的加工，因每次装夹的零件都需找正，且找正平面面积小，需多次找正。在加工φ2+0.02 +0.01mm孔的过程中，钻头和立铣刀磨损快，且易断裂。加工效率低，已成为当前转轴加工的瓶颈。
2 对转轴外圆上孔加工效率低的原因分析
2.1 对转轴加工的工艺流程进行分析
对转轴工艺流程进行分析，发现外圆上孔的加工与端面上腰形槽的加工两道工序的加工顺序是可互换。若先加工外圆上孔，则线切割端面上腰形槽时就须以孔φ2+0.02 +0.01mm为定位基准;若先割端面上腰形孔，则在加工外圆上孔时，就须以端面上腰形槽为定位基准。线切割的切割面积无变化，交换加工顺序对线切割的加工时间无影响，而对钻孔的加工时间有明显影响。
a）先加工外圆上孔后加工端面上腰形槽，优点为：钻外圆上孔时，采用一夹一顶方式装夹，不需要制作专用工装夹具。缺点为：装夹后每件都需找正，找正平面小，为保证找正的准确性，需多次找正，找正耗时较多。钻上半部分孔因钻有中心孔，钻孔时不会偏斜，但钻下半部分孔时，钻头接触面为圆弧，钻头易偏，造成孔不垂直，钻头易磨损和断裂，铣孔时，因底孔不垂直，经常造成铣刀断裂。
b）先加工端面上腰形槽后加工外圆上孔，有点为：钻孔深度减少，钻下半部分孔时，钻头接触的起始面为平面，更有利于钻孔，孔的垂直度好。在制造夹具时，可在夹具上设置一基准平面用于间接找正零件，不必对每一零件都进行找正，可节约大量的找正时间。缺点为：钻外圆上孔时，需制造专用夹具以满足装夹要求。
由此可知，先加工转轴外圆上孔，后加工端面上腰形槽，虽然不用制造专用夹具，但影响了零件钻孔的加工效率，其加工顺序安排不是最佳方案;而先加工腰形槽，后加工外圆上孔更合理一些。
2.2转轴外圆上孔加工分析
加工孔时零件采用一夹一顶方式装夹固定零件，然后用百分表打表找正小端外圆锥面上的小斜面和小端端面。由于找正平面小，为保證找正的准确性，找正时需多次找正，单件仅找正时间就需7～8分钟，找正时间长，且每次装夹的零件都需要找正。如果我们能设计一套专用夹具，在夹具上设置一基准平面用于间接找正零件，而不必对每一个零件都进行找正，就可节约大量的找正时间，提高加工效率。
对转轴外圆上孔加工过程进行现场调查了解到：孔φ4为单面钻孔，且孔厚度为2.25mm，孔径稍大，该孔加工无难度。因零件硬度高（HRC37～41），在孔φ2+0.02 +0.01mm的加工过程中钻头磨损快，刀具更换频繁，反复修磨钻头占用时间较多。将修磨钻头和更换刀具所用时间平均分布到加工的每个零件，每件占时为3～5分钟。同时在钻φ1.7mm底孔时，上半部分孔因钻有中心孔，钻孔时不会偏斜，但在钻下半部分孔时，钻头接触面为内圆弧，钻头易偏，孔垂直度差，立铣刀铣孔时刀具容易断裂，刀具消耗量大，刀具成本费用高。
对此，我们选取了不同材质的刀具进行试加工。选取的刀具有普通钻头、501钻头、硬质合金钻头、普通涂层钻头、硬质合金涂层钻头。经过现场验证，利用φ2mm硬质合金涂层钻头钻出的孔垂直度好，孔径尺寸满足设计要求，不需要再用立铣刀进行精加工及铰刀铰孔，加工效率有明显提升，且1支钻头可加工上100件零件。因此更换加工刀具可提高转轴外圆上φ2+0.02 +0.01mm孔的加工效率。
通过分析可知，引起转轴外圆上孔加工效率低原因为：a、外圆上孔的加工顺序安排不当;b、零件找正方法不合理;c、刀具选择不合理
3 解决措施
措施一：对转轴加工工艺进行优化，调整外圆上孔和端面上腰形槽的加工顺序，减少φ2+0.02 +0.01mm孔钻孔深度，同时在钻下半部分孔时，使钻头接触的起始面为平面，更有利于钻孔。
措施二：设计并制造加工孔的专用装夹夹具（如图5所示），在加工外圆上孔时按图6所示装夹零件，先将夹具装夹在机床B轴的三爪卡盘上，打表找正后并固定，然后将零件套入夹具的定位凸台，利用尾座顶零件的另一端，三爪的中心与尾座中心同轴且等高，零件装夹后，自动摆放等高且水平，装夹定位可靠。加工时不必对每个零件进行找正，只需一次找正夹具即可，减少了零件装夹找正时间。
措施三：选择硬质合金涂层钻头直接钻φ2+0.02 +0.01mm孔，省去铣孔、铰孔时间减，少修磨钻头及更换刀具时间。
4 效果验证
按以上措施并对工艺进行优化，即将转轴外圆上孔的加工调整到割完端面上腰形槽之后，用专用夹具装夹并以腰形槽定位，找正夹具后用硬质合金涂层钻头钻φ2+0.02 +0.01mm孔。按此方法对转轴外圆上孔φ2+0.02 +0.01mm进行加工，加工264件转轴上孔φ2+0.02 +0.01mm仅用了1支钻头，钻头磨损情况良好，后续还可继续使用，且孔径尺寸满足要求，钻头使用效果良好。单件加工时间为14分钟/件，加工效率是原来的2.7倍，加工效率提升效果显著。
5 结论
本文通过合理安排转轴外圆上孔的加工顺序，优化零件装夹方法并设计专用装夹夹具，同时对加工刀具进行优化，将转轴外圆上孔的加工效率提升了1.7倍，有效地解决了生产中的实际难题。