摇臂是柴油机进、排气机构中的重要运动部件，它将凸轮经挺杆传来的运动和作用力，改变方向传给气门，使其开启和闭合。摇臂在摆动过程中承受很大的弯矩，因此它的制造加工质量直接影响柴油机的工作性能。合理的机械加工工艺路线安排及恰当工装结构的应用，不但可以保证摇臂的加工质量，提高加工效率，而且可以延长工件的使用寿命。

1  摇臂加工工艺路线分析

    如图 1 所示，工件毛坯：铸件；工件材料：QT600－3。在实际生产中每台柴油机用摇臂数量较多，以 16 缸柴油机为例，每缸进、排气摇臂两件，喷油摇臂一件，一台柴油机需摇臂数量达 48 件。该型柴油机为公司成熟产品，故属大批量生产。该摇臂的加工工艺路线如下：铸造毛坯→喷丸处理→划厚度尺寸两端平面加工线→铣厚度尺寸两端平面→磨两端平面→划φ40H7 孔中心十字线及各端面加工参考线→钻扩镗φ40H7 孔→以φ40H7 孔定位，铣各端平面→钻 M12×1.25－6H、φ9.5H8及φ5 孔（高效分度钻孔工装）→锐边倒钝，去毛刺。

2.高效回转钻孔加工工装设计

2. 1 确定工装结构方案

2. 1. 1  工作原理

    摇臂分度钻孔工装设计在普通摇臂钻床上使用。摇臂装夹在回转盘上，通过回转盘绕夹具体芯轴的旋转及定位器上菱形销的定位，来实现三个工位不同角度孔的加工。

2. 1. 2  确定定位方案及定位元件

    根据摇臂加工工序要求，工件的定位需要限制 6 个自由度，即采用完全定位的形式。 如图 2 所示， 以摇臂宽度尺寸 38.7 左端平面为定位基准面， 限制 3 个自由度， 再以φ40H7 孔内芯轴 （短圆柱销）定位，限制 2 个自由度，最后用件（11）定位块限制 1个转动自由度，因而使工件在加工的过程中得到完全定位。

2. 1. 3  确定导向元件

    工件上φ9.5H8 孔加工工艺过程为：钻孔→孔口倒角→扩孔→铰孔，故在钻孔的过程中选用快换钻套及快换铰套导向，并使用钻套螺钉压紧。M12×1.25－6H 螺纹孔的加工工艺过程为：钻螺纹底孔→孔口倒角→攻螺纹，钻螺纹底孔选用快换钻套导向， 丝锥经螺纹底孔导向； φ5mm 孔加工用固定钻套导向。 

2. 1. 4  确定夹紧装置

    在加工φ9.5H8 孔及 M12×1.25－6H 螺纹孔的过程中，如图 2 所示：工件由定位块 11 支撑，由压板 10 压紧，定位及夹紧可靠。而加工φ5 孔时，由定位块定位，需要靠摩擦力进行锁紧，对钻φ5 孔时的受力情况计算过程：钻头直径：d＝φ5 mm，进给量：f＝0.16 mm/r。

    由切削用量手册，可查出钻削时的轴向力：F 轴＝1099N。

    钻削时的旋转力臂，由计算得 L1＝7.624 mm；简化并取安全系数：K1＝2。

    则钻削时的旋转力矩： M1＝F· L1· K1＝16 757.552 N· mm。

    摇臂采用 U 型压板，螺栓 8.8 级 M12 双头螺栓压紧。

    M12 双头螺栓许用拉应力：F 许＝50 240 N。

    安全系数：K2＝2，得 F1＝50 240/2＝25 120 N。

    摇臂和压板间的摩擦系数：μ＝0.15（无润滑条件下） 。

    摩擦力臂：L2≈25mm。

    摩擦力矩：M2＝μF1L2＝94 200 N·mm。

    由 M2远大于 M1，加工φ5 孔时，靠摩擦力就可以满足钻孔时的受力要求。

2. 1. 5  夹具回转分度方法

    回转分度装置主要是由夹具体、定位器及回转盘组成。在分度的过程中，首先松开紧固螺母 2，手柄 5 向外拉出，旋转摇臂定位回转盘 7，使其绕夹具体 1 上的回转芯轴 3 旋转，通过手拉式定位器上菱形定位销 4 在弹簧 6 的压力作用下，自动插到回转盘的定位孔内实现定位，然后拧紧紧固螺母 2，实现三个工位的孔依次加工。该分度装置采用菱形销定位，回转盘定位槽孔内装有耐磨衬套，定位菱形销经过淬火后磨削加工，衬套及菱形定位销都据有良好的精度保持性，可保证夹具在高频使用情况下的分度精度。

2. 2使用方法

2. 2. 1工件的装夹方法

    将摇臂装到件 3（回转芯轴）上，并将摇臂尺寸 9.5 上端平面靠紧件 11（定位块） ，然后用件 10（压板）压紧。压紧后检查定位块与工件的间隙，如工件与定位块之间有间隙，需重新压紧，直到工件与定位块之间的间隙消除为止。

2. 2. 2工件的加工过程

    将摇臂按工件装夹要求定位装夹，保证工件装夹可靠。调整回转盘位置如图 2 所示，按照工位顺序及工装分度方法，依次钻 M12×1.25－6H 螺纹底孔φ10.5→孔口倒角→攻 M12×1.25－6H螺纹→钻φ5mm长油孔→钻φ9.5H8底孔φ9.3→孔口倒角→铰φ9.5H8 孔。

3  结束语

   摇臂的传统加工方法是将这三个孔分别在三套工装上完成，通过三次装夹工件来实现三个工位孔的加工，费时费力效率低。本文所述高效回转钻孔工装的应用，实现工件一次装夹，就可以进行多工位、多工步的加工。通过生产实践证明，该工装的应用不但能够保证加工质量，而且能够降低生产成本，提高加工效率。