兩拐曲軸的偏心夾具設計

陳偉才

[摘 要] 偏心零件的加工在機械加工中非常普遍，偏心零件的傳統加工方法比較麻煩，耗時較長，不利于批量生產。而通過設計偏心夾具可以有效地提高零件的加工精度和加工速度。

[關 鍵 詞] 曲軸；偏心；偏心夾具

[中圖分類號] G710 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）14-0084-02

一、引言

曲軸是發動機最重要的機件之一，它與連桿配合將作用在活塞上的氣體壓力變為旋轉的動力，傳遞給底盤的傳動機構。曲軸就是多拐偏心軸，其加工原理與偏心軸一樣，其中的關鍵是如何進行零件的裝夾，傳統的偏心工件加工方法都是通過過劃線找出偏心點，采用兩頂裝夾的方法進行加工，工序較多，耗時較長，不利于批量生產。通過設計偏心夾具可以有效地提高零件的加工精度和加工速度。以兩拐曲軸零件加工為例，如圖1所示，毛坯材料為45圓鋼，尺寸為Ф45*150，批量生產，其偏心部位較多，裝夾比較麻煩，定位的難度高，為方便和較快地加工出符合圖紙要求的零件，必須采用偏心夾具來進行裝夾定位。

二、偏心距的主要技術要求

上圖的兩拐曲軸零件兩處偏心軸？椎150-0..31與活塞連桿連接，加工精度比較高，而且這兩個軸？椎150-0..31和主軸？漬42偏心10 mm，偏心距較大，而且同時要保證兩個偏心軸與主軸的平行度以及兩個偏心軸之間的平面度。為方便加工，設計以下偏心夾具。

三、兩拐曲軸偏心夾具的設計原理及相關參數

兩拐曲軸偏心夾具（如圖2），其相關參數如圖3和圖4。將兩拐曲軸偏心夾具體1通過三爪卡盤連接在機床主軸上，可方便地加工偏心工件。

1—夾具體 2、5—定位圓柱 3、6—夾緊螺釘 4—工件 7—擋膠

在夾具體上加工出一個螺釘通孔，都裝有螺釘3和螺釘6，并可通過螺釘夾緊工件，調整兩個螺釘的位置可以變換工件的偏心距。在夾具體的兩側各安裝一塊擋膠7，用于抱緊工件，在工件的偏心距變換時保證工件不能轉動而只能垂直地上下移動。在夾具體上加工出安裝定位圓柱的孔2和5，孔的位置是由工件的半徑r0、定位圓柱半徑r1、定位圓柱分布的圓周半徑R和兩定位圓柱之間的距離B而確定的，孔中裝有定位圓柱（過渡配合或過盈配合）。工件4以外圓表面在兩個定位圓柱5上定位后，用螺釘3夾緊工件，工件中心位置O1就相對于夾具體的中心位置O偏移了一定距離e（圖3）。當加工完一個拐軸后，松開夾緊螺釘3，調整夾緊螺釘6，把工件垂直向上移動到與兩個定位圓柱2上定位后，用螺釘6夾緊工件，同樣道理，工件中心位置O2就相對于夾具體的中心位置O偏移了一定距離e（圖4）。由于加工工件時是以夾具體的外圓表面為基準，所以工件上新形成的表面中心位置與O重合，也與工件中心位置O偏移的距離為e，此偏移量e即為工件所要求的偏心距。

有關尺寸參數的選擇與計算，可參見圖3。偏心量e與以下四個參數有關，即：工件半徑r0、定位圓柱半徑r1、定位圓柱分布圓周半徑R、兩定位圓柱中心距B（或兩定位圓柱中心所確定的圓心角ψ）。由圖3可得：

根據兩拐曲軸偏心夾具的設計原理和（1）式，由于工件的尺寸r0和偏心距e都是圖紙固定的尺寸，所有其他相關參數選取如下：r1取14.64 mm，R取50 mm，把所有的參數代進（1）式中可得B=50 mm。

四、定位誤差分析

對于這一批工件而言，如不計加工過程中的其他誤差，則刀具成形表面（工件的被加工表面）在機床上的位置是不變的。因此，兩拐曲軸在用偏心夾具加工時最容易產生的誤差就是在變換偏心距時，主軸的第二次裝夾是否會出現轉動的情況，如果轉動，則工件的偏心軸會產生位置變換，加工出來的兩個拐軸不能保證很好的平面度。通過在夾具體內的兩側，根據工件裝夾部分的形狀設計擋膠（圖2），擋膠與螺釘鏈接，并通過螺釘固定，可以有效地解決工件在變換偏心距時出現的問題。

五、加工工藝分析

根據加工的實際情況結合專用的偏心夾具，我們可以按照如下工藝來加工：

1.裝夾，工件伸出長度110，加工工件，車平端面。

2.粗、精加工外圓Ф42*100。

3.粗、精加工Ф25*35、Ф20*20，控制各部分尺寸。

4.粗、精加工M20*2三角螺紋。

5.車20*5的槽，并加工槽的兩端側面。

6.調頭裝夾并確定總長145。

7.粗、精加工Ф27*45、Ф25*35，控制各部分尺寸。

8.卸下工件，在卡盤上裝夾兩拐曲軸的偏心夾具。

9.在偏心夾具處裝夾工件Ф27處，并鎖緊螺釘7。（如圖3所示）

10.粗、精加工左端的偏心軸Ф15*15，并加工槽的兩側端面。

11.調整偏心夾具，使偏心距向上偏移10，并鎖緊工件。

12.粗、精加工右端的偏心軸Ф15*15，并加工槽的兩側端面。

13.卸下工件，檢測。

六、小結

本文重點介紹兩拐曲軸的夾具設計，并通過該夾具進行裝夾加工，非常方便實用，節省了很多找正的時間，并且精度的要求也得到了保證，適合批量生產該零件。相對于傳統的車削偏心零件方法，該生產工藝具有一定的先進性和可行性。采用這種專門設計的偏心夾具加工的速度提高了許多，降低了工人的加工難度，而且加工的精度也容易保證，給生產帶來較好的利潤。

參考文獻：

[1]雷小軍.一種自定位磨削偏心孔的夾具[J].機械工人冷加工，2006（8）：53-62.

[2]東北重型機械學院、洛陽工學院、第一汽車制造廠職工大學.機床夾具設計手冊[M].上海科學技術出版社出版，2000.