曲軸連桿頸車削加工夾具的設計與實踐

張 寧

（遼寧軌道交通職業學院，沈陽 110023）

曲軸作為發動機中最重要的零件之一，經常經歷劇烈的加速或減速轉動，轉速為幾百轉至數千轉，并伴隨著高彎曲變形、高扭矩和強振動沖擊，導致零件應力水平高而且多變，工況惡劣。因此，曲軸零件必須具有較高的剛性、疲勞強度和良好的耐磨性能。

曲軸的結構有以下特點：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設置平衡塊；多缸發動機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、連桿等處充分潤滑，在主軸頸和連桿頸間設計了方向復雜的潤滑孔系。這些特點決定了曲軸加工的難度和復雜性。曲軸的主要加工部位為主軸頸和連桿頸，其次為法蘭盤、油孔、連接螺紋孔等。其中，由于結構的特殊性，連桿頸的加工加工尤為困難。

在曲軸加工中，有國外夾具設備生產商可提供雙分度卡盤一次夾緊，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，由于設備投資成本高，機床裝配、調試及使用維修技術難度大，一旦設備出現問題，外國供應商往往難以及時有效地提供技術支持，生產保障較為困難，增加了機床使用成本和按時交貨壓力。考慮到國內的汽車廠商需要簡單實用、維護方便的夾具裝備的現實情況，本文提供了一種簡單易行的曲軸連桿頸加工夾具方案。

曲軸加工設備投資大、成本回收期較長，一般中小型企業希望在數控車床基礎上設計開發相關夾具，以較低成本滿足加工要求。

1 曲軸連桿頸夾具設計總體思路

曲軸加工中以三缸、連桿頸120°分布的曲軸加工最為復雜，而如何滿足曲軸連桿頸角向精度問題又最為關鍵。本文以某公司要求加工的三缸曲軸為例說明夾具設計過程。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構特點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。工程實踐中，曲軸徑向定位和夾緊一般選擇主軸頸圓弧面。根據該曲軸的情況，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計了專門的角向定位裝置。

1.2 夾具的設計方案

為滿足加工要求，在機床左右主軸箱上設計偏心夾具，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床主軸回轉中心上。夾具由夾具體、下夾爪、上夾爪、壓板、調整墊片、角向定位分度裝置等組成。夾具體安裝在機床主軸上，左右夾具的下夾爪圓弧面作主軸頸外圓定位，前端設置突出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構來保證，如圖1所示。該定位塊的特點是無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 夾具設計方案

為防止角向定位塊夾緊曲軸時對角度定位造成影響，筆者對定位塊夾緊區和角向定位區進行了部分分離設計。機床主軸高速旋轉時，曲軸偏心夾具產生的離心力會對零件加工精度、機床使用壽命甚至機床安全運轉產生負面影響，所以在夾具結構設計時，對機床旋轉部件的動平衡問題要予以高度重視。為此，人們采用三維建模軟件對機床夾具部件中每一個零件（包括螺釘）進行了精細化建模，最大程度上模擬了夾具部件的實際工作狀態，以此為基礎對三維模型進行動平衡校核，如圖2所示。

圖2 三維模型動平衡校核

2 曲軸夾具的使用方法

2.1 角向定位裝置預安裝

根據曲軸車削一般加工工藝，在加工曲軸連桿徑時曲軸主軸徑應該已經加工完畢。這時，首先用該角向定位塊套至曲軸的小頭主軸徑端，在鉗工平臺上用兩個V形塊將曲軸主軸頸支撐好，用兩把高度尺找到遠離定位塊的兩連桿頸等高位置，此時第三連桿頸則處于待加工位置。用百分表調平定位塊基準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床夾具定位面上，就可以夾緊曲軸進行加工；在一個連桿徑加工完畢后，只需順時針轉動分度盤使另一個分度面靠在機床夾具定位面上，夾緊曲軸便可以開始第二個連桿徑的加工。為了保證生產加工的連續性，可以一次生產多個分度盤裝在曲軸上以備用。

2.3 使用中需注意的問題

在裝夾曲軸工件過程中，應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 結語

現場實踐加工證明，加工曲軸精度滿足客戶要求，達到預期設計目的，該夾具的角向定位裝置已成功申請國家專利。