曲軸連桿頸車(chē)削加工夾具的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

張 寧

（遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院，沈陽(yáng) 110023）

曲軸作為發(fā)動(dòng)機(jī)中最重要的零件之一，經(jīng)常經(jīng)歷劇烈的加速或減速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為幾百轉(zhuǎn)至數(shù)千轉(zhuǎn)，并伴隨著高彎曲變形、高扭矩和強(qiáng)振動(dòng)沖擊，導(dǎo)致零件應(yīng)力水平高而且多變，工況惡劣。因此，曲軸零件必須具有較高的剛性、疲勞強(qiáng)度和良好的耐磨性能。

曲軸的結(jié)構(gòu)有以下特點(diǎn)：曲軸主軸頸與連桿頸軸線不一致，具有較大偏心，因此需要連桿頸另一側(cè)設(shè)置平衡塊；多缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸連桿頸在角向均勻排列，多為180°或120°分布；為保證主軸與缸體、連桿等處充分潤(rùn)滑，在主軸頸和連桿頸間設(shè)計(jì)了方向復(fù)雜的潤(rùn)滑孔系。這些特點(diǎn)決定了曲軸加工的難度和復(fù)雜性。曲軸的主要加工部位為主軸頸和連桿頸，其次為法蘭盤(pán)、油孔、連接螺紋孔等。其中，由于結(jié)構(gòu)的特殊性，連桿頸的加工加工尤為困難。

在曲軸加工中，有國(guó)外夾具設(shè)備生產(chǎn)商可提供雙分度卡盤(pán)一次夾緊，主軸頸、連桿頸全部切削方案。該方案加工效率高，加工精度好。但是，由于設(shè)備投資成本高，機(jī)床裝配、調(diào)試及使用維修技術(shù)難度大，一旦設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，外國(guó)供應(yīng)商往往難以及時(shí)有效地提供技術(shù)支持，生產(chǎn)保障較為困難，增加了機(jī)床使用成本和按時(shí)交貨壓力。考慮到國(guó)內(nèi)的汽車(chē)廠商需要簡(jiǎn)單實(shí)用、維護(hù)方便的夾具裝備的現(xiàn)實(shí)情況，本文提供了一種簡(jiǎn)單易行的曲軸連桿頸加工夾具方案。

曲軸加工設(shè)備投資大、成本回收期較長(zhǎng)，一般中小型企業(yè)希望在數(shù)控車(chē)床基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)相關(guān)夾具，以較低成本滿足加工要求。

1 曲軸連桿頸夾具設(shè)計(jì)總體思路

曲軸加工中以三缸、連桿頸120°分布的曲軸加工最為復(fù)雜，而如何滿足曲軸連桿頸角向精度問(wèn)題又最為關(guān)鍵。本文以某公司要求加工的三缸曲軸為例說(shuō)明夾具設(shè)計(jì)過(guò)程。該公司曲軸零件粗加工要求主軸頸直徑為Φ51.，連桿頸直徑為Φ40.，曲軸半沖程（即曲軸主軸頸與連桿頸中心距離）為38.8+0.04，三個(gè)連桿頸角向精度為120°±15′。

1.1 工件的定位方案

曲軸的定位方式由曲軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工精度要求決定，主要是徑向定位、軸向定位和角向定位。工程實(shí)踐中，曲軸徑向定位和夾緊一般選擇主軸頸圓弧面。根據(jù)該曲軸的情況，軸向定位選擇主軸頸止推面，角向定位選擇由于定位精度要求較高設(shè)計(jì)了專門(mén)的角向定位裝置。

1.2 夾具的設(shè)計(jì)方案

為滿足加工要求，在機(jī)床左右主軸箱上設(shè)計(jì)偏心夾具，分別夾持曲軸兩端主軸頸，偏心距由曲軸沖程決定，以保證曲軸連桿頸中心線位于機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)中心上。夾具由夾具體、下夾爪、上夾爪、壓板、調(diào)整墊片、角向定位分度裝置等組成。夾具體安裝在機(jī)床主軸上，左右?jiàn)A具的下夾爪圓弧面作主軸頸外圓定位，前端設(shè)置突出3mm定位面與主軸頸止推面組成軸向定位，角向定位精度由定位裝置結(jié)構(gòu)來(lái)保證，如圖1所示。該定位塊的特點(diǎn)是無(wú)須在曲軸工件上加工工藝孔，特別適合中小型曲軸零件。

圖1 夾具設(shè)計(jì)方案

為防止角向定位塊夾緊曲軸時(shí)對(duì)角度定位造成影響，筆者對(duì)定位塊夾緊區(qū)和角向定位區(qū)進(jìn)行了部分分離設(shè)計(jì)。機(jī)床主軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，曲軸偏心夾具產(chǎn)生的離心力會(huì)對(duì)零件加工精度、機(jī)床使用壽命甚至機(jī)床安全運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生負(fù)面影響，所以在夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)機(jī)床旋轉(zhuǎn)部件的動(dòng)平衡問(wèn)題要予以高度重視。為此，人們采用三維建模軟件對(duì)機(jī)床夾具部件中每一個(gè)零件（包括螺釘）進(jìn)行了精細(xì)化建模，最大程度上模擬了夾具部件的實(shí)際工作狀態(tài)，以此為基礎(chǔ)對(duì)三維模型進(jìn)行動(dòng)平衡校核，如圖2所示。

圖2 三維模型動(dòng)平衡校核

2 曲軸夾具的使用方法

2.1 角向定位裝置預(yù)安裝

根據(jù)曲軸車(chē)削一般加工工藝，在加工曲軸連桿徑時(shí)曲軸主軸徑應(yīng)該已經(jīng)加工完畢。這時(shí)，首先用該角向定位塊套至曲軸的小頭主軸徑端，在鉗工平臺(tái)上用兩個(gè)V形塊將曲軸主軸頸支撐好，用兩把高度尺找到遠(yuǎn)離定位塊的兩連桿頸等高位置，此時(shí)第三連桿頸則處于待加工位置。用百分表調(diào)平定位塊基準(zhǔn)面上找平位置并可靠鎖緊即可。

2.2 曲軸套件（加裝角向定位的曲軸）安裝

讓定位塊分度面靠在機(jī)床夾具定位面上，就可以?shī)A緊曲軸進(jìn)行加工；在一個(gè)連桿徑加工完畢后，只需順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)分度盤(pán)使另一個(gè)分度面靠在機(jī)床夾具定位面上，夾緊曲軸便可以開(kāi)始第二個(gè)連桿徑的加工。為了保證生產(chǎn)加工的連續(xù)性，可以一次生產(chǎn)多個(gè)分度盤(pán)裝在曲軸上以備用。

2.3 使用中需注意的問(wèn)題

在裝夾曲軸工件過(guò)程中，應(yīng)使用力矩扳手保證夾緊力的一致性和可靠性，勿使角向定位裝置承受加工切削力，以免該裝置的微量位移影響曲軸角向精度。

3 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐加工證明，加工曲軸精度滿足客戶要求，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目的，該夾具的角向定位裝置已成功申請(qǐng)國(guó)家專利。