曲軸鉆銑加工通用夾具的設(shè)計(jì)
2019-1-17 來源： 湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 作者：陳繼紅，彭文燁
摘要: 曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中承受沖擊載荷、傳遞動(dòng)力的重要零件，其加工制造的質(zhì)量直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作和使用壽命。通過分析曲軸的機(jī)械加工工藝流程，設(shè)計(jì)一種可加工各類規(guī)格曲軸的鉆銑加工通用夾具。實(shí)際制造和使用表明: 該新型通用夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位準(zhǔn)確可靠，調(diào)整變換方便，提高了曲軸生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，降低制造成本。
關(guān)鍵詞: 曲軸; 鉆銑加工; 通用夾具
曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中承受沖擊載荷、傳遞動(dòng)力的重要零件，其主要作用是將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。曲軸的工作環(huán)境和受力狀況十分復(fù)雜，工作時(shí)承受周期性變化的氣體壓力、離心力以及慣性力等復(fù)合作用，因此，在加工制造中，對(duì)曲軸各個(gè)部分的尺寸精度、位置精度以及表面粗糙度有較高要求。
曲軸的加工方法比較復(fù)雜，對(duì)軸頸的尺寸和形位公差要求很高，一般采用六級(jí)精度以上，表面粗糙度控制在 Ｒa0. 8 μm 以下。其加工制造的質(zhì)量直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作和壽命。機(jī)床是加工的 “母機(jī)”，任何加工制造都離不開機(jī)床工具及夾具。
由于曲軸存在兩個(gè)回轉(zhuǎn)中心: 一個(gè)是軸徑的中心，另一個(gè)是拐徑的中心，因此工件在定位裝夾時(shí)軸徑的中心與機(jī)床的主軸中心線要滿足同軸度要求，這就需要相應(yīng)的設(shè)備工裝支持工藝的實(shí)現(xiàn)。若繼續(xù)沿用傳統(tǒng)的設(shè)備，就顯得能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。
因此，改造升級(jí)或創(chuàng)新相應(yīng)的加工工藝及機(jī)床工具與夾具加工制造的能力，已是迫在眉睫。
1 、問題的提出
從曲軸的機(jī)械加工工藝流程來看，在曲軸加工過程中: 銑削曲軸端面 ( 其中銑削定位面尤其重要) 、鉆中心孔、對(duì)曲軸鉆斜油孔，這個(gè)工序可以選擇在銑鉆床上進(jìn)行，利用專門設(shè)計(jì)的夾具對(duì)軸端面及中心孔進(jìn)行加工，這樣安排可以大大提高生產(chǎn)效率以滿足大批量生產(chǎn)的要求; 外圓鍵槽的加工通常選擇在立式銑床上進(jìn)行，內(nèi)孔鍵槽的加工選擇在插 床上進(jìn)行等。
曲軸鉆銑加工的精度將直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命與品質(zhì)，而先進(jìn)合理的夾具系統(tǒng)是加工精度的重要保障。曲軸的鉆銑加工通常用其主軸頸定位，如使用連桿頸定向，因其生產(chǎn)工序復(fù)雜，需要大量的夾具以保證曲軸生產(chǎn)的高精度和高效率，大量的夾具增加了曲軸生產(chǎn)的成本，夾具的頻繁調(diào)校也給曲軸生產(chǎn)帶來了巨大的輔助生產(chǎn)時(shí)間，同時(shí)夾具調(diào)校需要一定的技術(shù)才能保證要求。
為了解決以上問題，在深入分析傳統(tǒng)曲軸加工所用夾具的技術(shù)特點(diǎn)之后，針對(duì)曲軸的鉆銑加工工序進(jìn)行通用夾具設(shè)計(jì)。
2 、新型曲軸鉆銑加工通用夾具的設(shè)計(jì)
2. 1 夾具定位夾緊設(shè)計(jì)原理
夾具是將工件定位和夾緊的機(jī)械裝置，在機(jī)械加工前，通過工裝夾具將工件準(zhǔn)確地定位在機(jī)床上，使工件相對(duì)機(jī)床有正確的位置和良好的剛性及穩(wěn)定性，保質(zhì)保量完成機(jī)械加工的預(yù)期任務(wù)，達(dá)到機(jī)械零部件設(shè)計(jì)所要求的尺寸精度、形位公差精度、表面質(zhì)量等。
先進(jìn)合理的夾具是工件加工質(zhì)量及生產(chǎn)效率的重要保障，是專用機(jī)床的核心部件。機(jī)床夾具主要由夾具主體、定位元件、夾緊裝置、對(duì)刀元件、引導(dǎo)元件等組成。
夾具按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及專門化程度主要分為通用夾具、專用夾具、組合夾具和可調(diào)夾具 4 種。任何形狀的工件在夾具未定位前，均具有 6 個(gè)自由度———即沿直角坐標(biāo)系
X、Y、Z 方向的移動(dòng)與繞軸向的轉(zhuǎn)動(dòng)。
要使工件在機(jī)床夾具中正確定位，必須限制或約束工件的這些自由度，同時(shí)通過機(jī)構(gòu)進(jìn)行夾緊。
如果某些方向的自由度與刀具運(yùn)動(dòng)軌跡無關(guān)，這些自由度就可以不限制。零件在加工過程中，需對(duì)其6 個(gè)自由度進(jìn)行限制，并保證零件加工過程中正確的定位，使其位置保持不變，如缸體類零件的孔加工一般采用一面兩銷的定位方式。
借鑒前述文獻(xiàn)，此夾具用于曲軸的鉆銑加工，在液壓系統(tǒng)作用下，采用曲軸頭尾主軸頸用 V 形塊定位、以連桿頸定向的設(shè)計(jì)方案。
2. 2 通用夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
此夾具由前夾具 3、后夾具 2、定位鍵 4 和工作臺(tái) 1 組成，前夾具 3 和后夾具 2 通過安裝在工作臺(tái) 1上的定位鍵 4 在工作臺(tái) 1 上定位，用 T 形螺釘 22 固定在工作臺(tái) 1 上; 前夾具 3 由夾具體 24、活塞 14、連桿 16、壓緊桿 15、壓緊塊 17、V 形夾具 18 和定位塊 19 組成，壓緊塊 17 固定在壓緊桿 15 上，V 形夾具 18 可對(duì)曲軸的軸向、水平方向和垂直方向定位;活塞 14 安裝在夾具體 24 內(nèi)，固定在油缸 30 上，上下用油缸蓋 13、23 壓緊，活塞 14 和壓緊桿 15 用銷軸 26 連接; 壓桿 6 通過螺栓 5 固定在壓緊桿 15 上，壓桿 6 上安裝著彈簧 10，在夾具體 24 上安裝有一連桿座 27；連桿 16 的一端通過銷軸 32 與壓緊桿 15 連接，另一端通過銷軸 31 與連桿座 27 連接; V 形夾具18 安裝在夾具體 24 上; 在V 形夾具 18 的旁邊，在夾具體 24 上安裝有夾具定位塊 19 以及定位塊支座21，其作用是對(duì)曲軸周向定位，定位塊 19 和定位塊支座 21 以燕尾導(dǎo)軌形式連接，用螺釘 20 鎖緊。
在機(jī)床上運(yùn)用該曲軸鉆銑加工通用夾具加工時(shí)，先根據(jù)所加工曲軸的尺寸，調(diào)整好通用夾具的尺寸和距離，安裝好所需加工的曲軸，通過液壓系統(tǒng)運(yùn)行油缸 30，液壓油從前夾具體 24 上的接頭 11 進(jìn)入油缸 30，活塞14 向上運(yùn)動(dòng)，將活塞 14 上部的液壓油通過接頭 12壓回油箱; 壓緊桿 15 以銷軸 26 為圓心，在連桿 16的拉動(dòng)下，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，連桿 16 也會(huì)以銷軸26 為圓心順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng); 當(dāng)壓緊桿 15 轉(zhuǎn)動(dòng)到一定的角度時(shí)，安裝在壓緊桿 15 上的壓桿 6 首先接觸曲軸的連桿頸，彈簧 10 被壓縮，曲軸以主軸頸中心線為圓心逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，將連桿頸壓緊在夾具的定位塊 19 上;當(dāng)安裝在壓緊桿 15 上的壓塊 17 壓緊曲軸的主軸頸后，曲軸就會(huì)在夾具上完全夾緊定位了。
當(dāng)需要松開夾具時(shí)，接頭 12 進(jìn)油，接頭 11 回油，其原理和夾緊過程正好相反。為了使曲軸加工時(shí)更加穩(wěn)定可靠，在工作臺(tái) 1 的相應(yīng)地方安裝了一個(gè)后夾具 2，用于夾緊
曲軸兩端，后夾具 2 上沒有定位塊 19 這套裝置，其余結(jié)構(gòu)和前夾具 3 相同，工作原理也是一樣，前夾具3、后夾具 2 是同一根油管供油、同一根油管回油，這樣，前夾具 3、后夾具 2 就可以同時(shí)夾緊和張開了。
圖 1 曲軸鉆銑加工通用夾具的主視圖
圖 2 圖 1 的 A － A 剖視圖
圖 3 圖 1 的 B － B 剖視圖
圖 4 圖 1 的俯視圖
夾具的調(diào)整: 當(dāng)需要加工不同型號(hào)的曲軸時(shí)，對(duì)夾具進(jìn)行調(diào)整，只需要松開前夾具 3、后夾具 2 上的T 形螺釘 22，按曲軸兩端的定位主軸頸之間的距離在工作臺(tái)上移動(dòng)前后夾具，松開螺釘 20，可調(diào)整定位塊 19 的高低，松開螺釘 28，可調(diào)整曲軸周向定位的前后位置，松開螺釘 29、鎖緊螺母 8，可調(diào)整曲軸周向定位的左右位置，如曲軸主軸頸尺寸發(fā)生變化可更換壓緊塊 17 來滿足夾具的夾緊要求。這樣，只需更換壓緊塊 17，基本上就可滿足所有曲軸的夾緊定位要求了。
3 、結(jié)束語
設(shè)計(jì)一種在曲軸鉆銑加工機(jī)床上使用的曲軸鉆銑加工通用夾具，此夾具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，使用方便、效果好，制造成本低，定位準(zhǔn)確可靠，加工精度高，便于操作。
而且在產(chǎn)品的規(guī)格更換時(shí)，不需要拆卸夾具體，只要通過螺釘調(diào)整即可，充分發(fā)揮了該機(jī)床夾具作為機(jī)床附件在加工過程中的通用性優(yōu)勢(shì)，提高了加工的工效和質(zhì)量，大大縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期，具有十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
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