柴油發(fā)動機曲軸加工專用夾具設計

鄧燕赟，呂有界

（廣州航海高等?？茖W校，廣東廣州 510725）

曲軸是柴油發(fā)動機的重要零件。它的作用是把活塞的往復直線運動變成旋轉(zhuǎn)運動，將作用在活塞上的氣體壓力變成扭矩，用來驅(qū)動工作機械和柴油發(fā)動機各輔助系統(tǒng)進行工作。曲軸在工作時承受著不斷變化的壓力、慣性力和它們的力矩作用，因此要求曲軸強度高、剛度大、耐磨性好，軸頸表面加工尺寸精確[1]。為了保證軸頸表面加工尺寸精確，曲軸加工專用夾具成為必要。本文針對某一曲軸的其中一個加工工序進行專用夾具設計，為曲軸加工專用夾具設計提供參考。

1 柴油發(fā)動機曲軸零件分析

如圖1 所示為某一柴油發(fā)動機曲軸零件簡圖。該曲軸是整體式曲軸，有四個曲拐；主軸頸和連桿軸頸分布在同一平面內(nèi)，四個連桿軸頸在主軸頸兩側呈兩兩分布，相互夾角180O。曲軸的主要加工表面有：主軸頸、連桿軸頸及法蘭盤端等。該零件生產(chǎn)綱領是20 000件，毛坯采用模鍛件。其鍛造工藝為：將坯料加熱至1 180℃～1 240℃，經(jīng)模鍛錘彎曲預鍛及終鍛；在壓床上切邊；再在模鍛錘上進行熱校正；最后經(jīng)熱處理消除內(nèi)應力，調(diào)整硬度值到207～241HBS。

2 柴油發(fā)動機曲軸零件加工工藝路線說明

工藝路線是工藝規(guī)程設計的總體布局。其主要任務是選擇零件表面的加工方法、確定加工順序、劃分加工階段。根據(jù)工藝路線，可以選擇各工序的工藝基準，確定工序尺寸、設備、工裝、切削用量和時間定額等。在擬定工藝路線時應從實際情況出發(fā)，充分考慮應用各種新工藝、新技術的可行性和經(jīng)濟性[2]。本文所述零件結合機械加工工序的安排原則、熱處理工序的安排原則以及輔助工序的安排原則，確定零件加工工序為31個。本文擬針對工序7，即銑定位面E（如圖2所示）進行專用夾具設計。在本道工序加工時，第一、二、三、四、五主軸頸都進行了粗磨加工，而且E端面是以后連桿軸頸加工工序的加工基準。

圖1 柴油發(fā)動機曲軸零件簡圖

圖2 定位面加工

3 柴油發(fā)動機曲軸零件銑定位面E夾具設計方案

3.1 選擇定位基準，并確定工件的定位方式及定位元件的結構

由圖2 可知，定位面E 的加工基準是第五主軸頸的軸線。為了使定位誤差為零，應該選擇以V 形塊定位的定心夾具。采用硬質(zhì)合金端銑刀，直徑100 mm，z＝5。為了簡便實用，準備采用方頭螺釘進行夾緊。

3.2 確定工件的夾緊方式，選擇合適的夾緊機構

按照夾緊的基本原則，確定工件以2 個V 形塊定位，限制了y 向的移動，z 向的移動，y 向的轉(zhuǎn)動，z向的轉(zhuǎn)動，然后用壓板夾緊，夾緊機構用方頭螺釘。其定位夾緊方式簡圖見圖3。

3.3 確定刀具的對刀、導向方式，選擇對刀、導向元件

對刀塊是用來確定夾具與刀具相對位置的元件。對刀時，不允許銑刀與對刀塊的工作表面直接接觸，而是通過塞尺來確定刀具的位置，以免劃傷對刀塊的工作表面。常用的塞尺有：厚度為1 mm、3 mm、5 mm 的平面塞尺和工作直徑為3 mm、5 mm 的圓柱塞尺兩類。其公差均按h6 制造[3]。在本夾具設計中選擇H＝5 mm 的對刀平塞尺。在夾具總裝圖上，對刀塊的位置應根據(jù)定位面來確定，并需按工件加工精度要求制定對刀塊工作面的坐標尺寸、公差和位置精度要求。在本夾具設計中選擇直角對刀塊。

3.4 確定銑床夾具與機床間的正確位置

銑床夾具與機床間的正確位置是靠夾具體底板底平面上的兩個定位鍵與機床工作臺上的T 形槽配合確定的。常用的定位鍵為矩形斷面結構。定位鍵用螺釘（GB65/T－2000）聯(lián)結在夾具體底面的一條縱向槽中，一個夾具需要配置兩個定位鍵。銑床夾具在機床工作臺導航定位后，需要用T 形螺栓和螺母及墊片把夾具與機床夾緊。因此，銑床夾具的夾具體上需要設計座耳。

4 夾具的定位精度分析

4.1 確定的定位對刀方案

4.2 誤差分析與計算

尺寸45 mm 不是主要尺寸，精度不作要求，故不必進行分析?，F(xiàn)只分析影響E 面位置尺寸58±0.1 mm的各種誤差。

（1）因工件在夾具中定位不準確，使工件的原始基準偏離規(guī)定位置而產(chǎn)生的工件定位誤差：

（2）因夾具的安裝而偏離了規(guī)定位置，從而使原始基準發(fā)生移動而在工序尺寸方向上產(chǎn)生的偏差夾具的安裝誤差△a。由于第八側板寬度為30 mm，故安裝誤差：

圖3 定位簡圖

（3）因刀具相對于夾具位置不準確，或刀具與導向、對刀元件之間的配合間隙引起的導向或?qū)Φ墩`差△t。該項誤差又稱為刀具調(diào)整誤差。由于夾具的類型不同，△t也有不同的特點。對于銑夾具，由于銑刀對定位件間的位置是參考對刀塊調(diào)整獲得的，所以對刀塊至定位件間的尺寸公差可按經(jīng)濟加工精度給定，一般為0.06～0.10 mm，這里取△t=0.08 mm。

（4）因機床精度、刀具制造精度和磨損、加工調(diào)整、加工變形等因素引起的與加工方法有關的加工方法誤差△g。取△g=0.06。

4.3 誤差分析

為了使夾具能加工出合格的工件，上述各項誤差的總和應不超過工序尺寸的公差△k，即△d·w+△a+△t+△g≤△k

由于△d·w+△a+△t+△g＝0.038 2＋0.006＋0.08＋0.06＝0.184 2 mm，現(xiàn)E 面位置尺寸公差為0.2 mm。

通過以上誤差分析說明，這個定位方案是可行的。

5 結語

柴油發(fā)動機曲軸加工工藝復雜，專用夾具設計成為必要。本文針對柴油發(fā)動機曲軸加工過程中銑削曲軸某一定位面這一加工工序進行了專用夾具方案設計，并進行夾具定位精度分析，為柴油發(fā)動機曲軸加工專用夾具設計提供參考，具有一定的實際意義。

［1］蔡安江.機械工程生產(chǎn)實習［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2005.

［2］王信義.機械制造工藝學［M］.北京：北京理工大學出版社，1990.

［3］陶濟賢，謝明才.機床夾具設計［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1986.