N轴是计量泵中关键的传动件，属于曲轴的一种。从专业分类角度讲，计量泵虽属于往复泵，但由于要解决化工、制药和环保等行业要求精确、定量及可调节的输送过流介质的问题，计量泵在传统往复泵的基础上增加了一套行程调节机构，而N轴就是这套行程调节机构重要的一个零件。

由于N轴独特的外形(见图1)，普通车床根本无法对其加工，日本等外国企业一般是设计制造一种专用机床来加工N轴的，但是这个方法耗资巨大，且很费时间，因此需要开发一套工装夹具来完成对N轴上曲柄的加工，这不仅可以节约产品开发成本，更能使产品早日推向市场。

工艺分析

N轴材料为45钢，工艺过程如下：下料→调质→粗车→磨外圆→车曲柄→车小端轴头。本夹具就是为车曲柄所设计的。

2夹具结构设计

由于曲柄部分与中心线之间有20°夹角，所以在车削时，就必须使工件相对于车床主轴20°。以往解决此类问题，都是在夹具上加工出一个与中心线呈20°角的斜孔，放入N轴，外圆定位，三爪夹持夹具。但这个方法有一个缺陷，即由于尾架上只能使用顶尖，无法像三爪自定心卡盘那样对工件工装夹持，所以只能夹一头，加工精度很差。但如果我们设计两个轴套(偏心套)对N轴的φ86mm外圆定位，然后将两个轴套与工件一起倾转20°，采用两头顶的方法，就可以解决这个问题。

为此设计夹具如图2所示，以偏心套对N轴的φ86mm外圆定位。

1.前顶尖　2.前偏心套　3.N轴　4.后偏心套

5.后顶尖　6.平端内六角紧定螺钉M16

7.M16螺母　8.内六角圆柱头螺钉M16

其中前偏心套(见图3)，长、宽各150mm，厚62mm，在中心处镗出φ86mm的通孔，在φ86mm孔两侧各钻攻一个M16的螺孔，加工时，用两个M16的平端内六角紧定螺钉夹紧工件;为了能车削出20°的曲柄，在偏心套的边角处铣一个20°的斜面，在对中处钻A5中心孔作为两头顶的定位基准，并且中心孔必须和φ86mm孔对中(中心孔位置的求解方法见内容5);并在旁边钻攻一个M16螺孔，装夹夹具和工件时，拧入内六角圆柱头螺钉M16，螺钉头靠在三爪自定心卡盘的卡爪上传递动力，带动夹具、工件一同旋转。

由于是偏心加工，前后偏心套旋转幅度很大，为避免夹具与车床导轨、刀架发生碰撞，可将夹具、工件装夹在机床上后，以手拨动工艺系统检查可能干涉的部位，将多余部分切掉，直至无干涉为止，这也是本夹具不采用双头螺栓带动两楔块夹紧工件的设计方案的原因。

后偏心套与前偏心套大致相同，设计思路不再赘述。

3夹具的使用

N轴的φ40mm曲柄长135mm，为保证对这135mm长的部分加工过程中，刀具不与夹具干涉，根据CAD模拟仿真，我们得知前后偏心套开挡间距不得少于216.5mm。加工工件时，先将磨削后的N轴半成品放入前偏心套，工件端面与夹具端面平齐，拧入并拧紧内六角平端紧定螺钉(见图2);以同样方法装夹后偏心套，件6平端内六角紧定螺钉暂不拧紧，调节前后偏心套之间的开挡至216.5mm，拧紧后偏心套上的内六角平端紧定螺钉。将固定顶尖夹于三爪之间，用车刀精修一刀保证顶尖锥面的圆跳动在0.01mm以内，将装夹好的夹具、工件放入前后顶尖之间，两头顶，并使前偏心套上的内六角圆柱头螺钉靠在三爪自定心卡盘的卡爪上，充当拨杆，即可加工。

4夹具使用注意事项

(1)夹具、工件在装上车床前后顶尖(件1和件5)以前，应在前后偏心套(件2和件4)的中心孔里面注入黄油。

(2)夹具、工装装入前后顶尖(件1和件5)之间以后，应用手拨动夹具缓慢旋转，检查工艺系统在前后顶尖之间有无轴向窜动、卡死现象，并予以调节，同时要检查夹具与车床导轨、刀架有无碰撞的可能，对干涉部分应将其切除。

(3)切削前，再次检查平端内六角螺钉拧紧程度，试车一刀，验证拧紧程度。

5中心孔求解步骤

由于工件N轴在加工过程中需要偏转20°才能车削出φ40mm的曲柄，所以夹具在车床顶尖之间也必须歪斜20°。但是如此一来，夹具体上打中心孔的斜面必须倾斜20°，这就导致中心孔的位置难以确定，可以这么说中心孔位置的求解方法才是本夹具设计的难点和关键所在。

为此，我们规定前偏心套端面与N轴左端面平齐，两偏心套厚度均为62mm，为保证工件和夹具倾斜20°后，刀架在开挡中能有不少于135mm的行程，夹具体之间的距离必须是216.5mm。且中心孔的位置必须与曲柄轴心线重合，由此可依靠数学公式推导出中心孔的位置(中心孔位置求解见图4)：OJ=216.5/2+62=170.25mm，则JK=170.25×tg20=61.966mm。所以KA=JK-JA=61.966-86/2=18.966mm，BA=KA×cos20°=18.966×cos20°=17.822mm，则CA=BA×cos20°=17.822×cos20°=16.75mm。

钻孔时，将钻头置于A点对刀，然后偏移18.966mm，钻铣床主轴倾斜20°，此时钻头所对位置就是中心孔位置。

注意： ①两夹具体上的中心孔位置相同。②示意图中J、K、A、B和C点均处于偏心套大端面的对中线上。

6车削过程中的注意事项

车削曲柄时，由于被切部分厚度不均匀、不相等(见图5)，所以先横向走刀至φ42mm，然后纵向移刀一个刃宽，再切削下一处，直至曲柄部分粗车完毕，后换用宽刃割槽车刀来一次横向走刀将曲柄部分精车至φ40mm(见图6)。

7结语

本设计的偏心套夹具，结构简单，制造方便，比购买专用机床节约了很多的资金，并且保证了生产效率。