曲軸加工中的車床配重計算

宋春蘭，李廣娟，田理中，劉 華

（江蘇省徐州鍛壓機(jī)床廠集團(tuán)有限公司，江蘇 徐州 221116）

機(jī)械加工過程中，偏心回轉(zhuǎn)體零件的加工非常普遍，因車床工件做圓周運動，質(zhì)量的偏心會產(chǎn)生離心力。當(dāng)工件重心與車床卡盤的回轉(zhuǎn)中心不重合時，在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下就會產(chǎn)生一定的不平衡力，在不平衡力的作用下，加工過程中工件會產(chǎn)生振動，直接影響加工精度，當(dāng)精加工轉(zhuǎn)速較高時，很可能造成事故，因此偏心回轉(zhuǎn)體的加工過程中，車床配重是非常重要的環(huán)節(jié)。配重計算即計算配重塊的兩個參數(shù)：位置及質(zhì)量，位置主要根據(jù)車床卡盤參數(shù)及待加工零件的具體尺寸綜合決定，以不干涉為原則；質(zhì)量則用軟件進(jìn)行模擬計算。本文將以偏心曲軸為例進(jìn)行詳細(xì)介紹，供行業(yè)同仁參考。

1 確定配重位置

配重位置主要根據(jù)車床卡盤參數(shù)及加工零件的具體尺寸綜合決定。配重塊之間、配重塊與卡爪、配重塊與零件均不得干涉。配重塊通過卡盤上T型槽固定，因此T型槽位置也是必須要了解的。為確保配重塊位置的合理、實用，計算配重之前需確定以下四個參數(shù)：①車床型號、卡盤直徑；②卡盤上T型槽尺寸及T型槽位置分布；③卡爪尺寸及位置分布；④待加工零件的尺寸。

2 在SolidWorks中建模

以圖1中偏心軸頸A加工為例，建模時首先確定A外圓中心（XY坐標(biāo)）與坐標(biāo)原點重合，即重心與坐標(biāo)原點重合，Z坐標(biāo)為A外圓長度方向坐標(biāo)。其次因是毛坯加工，應(yīng)按毛坯圖建模。零件密度正確配置，保證模型重量與實際零件重量相符。

圖1 偏心軸頸加工

3 配重質(zhì)量計算

模型建好后，通過軟件的質(zhì)量特性選項可直接計算出零件的重心坐標(biāo)值，對應(yīng)視圖窗口中即圖中小球所在位置，如圖2所示。對曲軸重心進(jìn)行分析，因曲軸是軸向?qū)ΨQ零件，因此重心X坐標(biāo)與零件中心重合，根據(jù)圖2質(zhì)量特性對話框可以看出Y坐標(biāo)與零件中心相差74.411。根據(jù)力矩平衡原理，配重塊位置應(yīng)在重心與坐標(biāo)原點連線的延長線上，方向與重心坐標(biāo)相反。根據(jù)卡盤尺寸及T型槽位置確定配重塊中心距坐標(biāo)原點的Y方向距離設(shè)為Lp，假設(shè)配重塊質(zhì)量為Mp。

圖2 零件質(zhì)量特性

Mp=（零件質(zhì)量×重心Y坐標(biāo)）/Lp

根據(jù)以上公式，假設(shè)Lp=300，即算得Mp=154.672。建立質(zhì)量為154.672的圓柱體模型進(jìn)行裝配，并通過對裝配體進(jìn)行重心計算，如圖3所示，可看到重心與坐標(biāo)原點基本重合，即配重計算正確。

圖3 裝配體質(zhì)量特性

車曲軸其他軸頸時，配重計算方法同上，只需將待加工軸頸中心與坐標(biāo)原點重合，按上述步驟計算即可。

4 實際應(yīng)用

當(dāng)曲軸偏心較大時，所需配重較重，體積較大，配重塊往往需要分開布置。布置配重塊時需注意以下幾點：

（1）為方便操作人員安裝，配重塊不宜太重。

（2）因零件是毛坯，與所建模型重量及重心不可能完全相符，計算的配重Mp只能是一個接近的數(shù)值。因此，配重塊需設(shè)計成幾種大小不同的規(guī)格，方便調(diào)節(jié)。

（3）根據(jù)上述Mp計算公式可以看出，Lp越大，配重質(zhì)量越小，從節(jié)約成本的角度考慮，Lp盡可能大一些，但需確保安全。

（4）配重塊高度不宜過高，以防高速旋轉(zhuǎn)時T型槽螺釘拉斷。

（5）配重效果應(yīng)達(dá)到翻轉(zhuǎn)曲軸時，曲軸能夠在任意位置停轉(zhuǎn)。

（6）當(dāng)配重較重，圓柱型配重塊不能滿足要求時，可使用扇形配重塊，但扇形配重塊重心不好確定，最好利用三維軟件進(jìn)行模擬。

5 結(jié)論

通過以上方法計算的配重基本能夠滿足使用要求，已在本廠進(jìn)行了推廣使用。其他偏心回轉(zhuǎn)體零件的加工均可參照此法進(jìn)行計算。

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[2] 馬永紅.利用Solidworks軟件為數(shù)控重型車床卡盤添加配重做平衡試驗[J].金屬加工（冷加工），2011，（19）.

[3] 林俊峰.雙拐曲軸內(nèi)高壓成形過程的有限元分析[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2005，40（4）.