HXN5型連桿基準(zhǔn)面加工裝備的研制

中國(guó)南車集團(tuán)戚墅堰機(jī)車有限公司 （江蘇常州 213011） 王化清

HXN5型連桿是GEVO16型柴油機(jī)的重要零件之一，它把活塞和曲軸聯(lián)接起來，將作用在活塞上的燃燒氣體壓力傳給曲軸輸出扭矩。連桿在工作中受到交變應(yīng)力的作用，因而連桿的主要受力部位容易產(chǎn)生疲勞破壞，連桿的損壞會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，所以連桿的機(jī)械加工精度非常重要，它直接影響著柴油機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和功能發(fā)揮。

而連桿外形不規(guī)則，加工精度要求又很高，連桿直接在加工中心設(shè)備上加工難以定位與夾緊，根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)連桿的機(jī)械加工，因此為確保連桿的加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率，針對(duì)連桿每道工序的加工特點(diǎn)設(shè)計(jì)合理的專用夾具是必不可少的，而連桿基準(zhǔn)面的選擇和加工是保證連桿最終加工精度的重要環(huán)節(jié)之一，本文就連桿基準(zhǔn)面加工夾具的研制過程進(jìn)行介紹。

1.連桿第一工位基準(zhǔn)面加工夾具的研制

（1）第一工位基準(zhǔn)面加工工藝 連桿從毛坯加工至成品期間要經(jīng)過十多道加工工序，故反復(fù)定位夾緊的次數(shù)很多，為減少多工位反復(fù)定位時(shí)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換而帶來的定位誤差，因此在滿足連桿定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一致的前提下，盡可能選用多工位公共基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)。所以選用連桿的大頭平面和小頭平面作為公共基準(zhǔn)的主要定位基準(zhǔn)平面，再選用連桿大頭側(cè)平面和連桿小頭側(cè)平面小頭端面為公共基準(zhǔn)的輔助定位基準(zhǔn)平面。

該工序主要加工內(nèi)容：連桿大頭基準(zhǔn)平面→連桿小頭基準(zhǔn)平面→連桿大頭側(cè)面基準(zhǔn)a，大頭側(cè)面檢測(cè)基準(zhǔn)b→連桿小頭側(cè)面基準(zhǔn)c、端面基準(zhǔn)d→這些加工平面作為連桿后續(xù)加工的公共定位基準(zhǔn)平面（見圖1）。該工序在立式加工中心設(shè)備上再配置本專用裝備便可完成所需加工內(nèi)容。

圖1 連桿公共基準(zhǔn)面示意圖

（2）夾具的研制 夾具總體設(shè)計(jì)思路：將連桿水平放置在夾具上，以連桿的未加工過的毛坯大頭平面與小頭平面作為連桿的平面定位，限制連桿的三個(gè)自由度；再以連桿大頭毛坯內(nèi)孔及小頭毛坯內(nèi)孔作定位限制連桿的另外三個(gè)自由度（見圖2）。

圖2 連桿第一工位基準(zhǔn)面加工夾具

平面定位結(jié)構(gòu)，考慮到連桿大頭、小頭平面為毛坯面又作為主定位基準(zhǔn)平面，兩毛坯平面之間還存在高度差h，因此平面定位條件差，定位面的誤差會(huì)給加工精度帶來直接影響。故采用三點(diǎn)平面接觸再加可調(diào)輔助支承，三點(diǎn)平面接觸便于進(jìn)行必要的調(diào)整，以保證其達(dá)到最佳的定位精度；可調(diào)輔助支承可提高平面定位的穩(wěn)定性。在連桿大頭處設(shè)置兩小塊平面定位塊，在連桿小頭處設(shè)置一小塊平面定位塊。連桿大頭小頭平面定位塊的高度差為h。在連桿未安裝在裝備上前，先在專用檢測(cè)平臺(tái)上測(cè)出連桿三個(gè)定位點(diǎn)高度差的數(shù)值，并配置相應(yīng)厚度的墊片，將墊片放在對(duì)應(yīng)的裝備平面定位塊上以達(dá)到調(diào)整平面定位的目的。

連桿大頭內(nèi)孔定位結(jié)構(gòu)：連桿大頭內(nèi)孔也是毛坯面，故設(shè)計(jì)四個(gè)可調(diào)支承用于定位，大頭的定位可以由兩種方案實(shí)現(xiàn)：方案一，設(shè)計(jì)大頭校對(duì)樣板，并將樣板在裝備上定位，分別調(diào)整四個(gè)支承釘通過校對(duì)連桿大頭外形與樣板MN邊位置的一致性，從而確定連桿大頭的定位（見圖3）；方案二，在可調(diào)支承塊上設(shè)計(jì)一基準(zhǔn)面，通過調(diào)節(jié)四個(gè)支承釘再測(cè)量該基準(zhǔn)塊至連桿大頭側(cè)面的L 尺寸達(dá)到設(shè)定的工藝尺寸，同樣可以確定連桿大頭的定位（見圖4）。

連桿小頭定位結(jié)構(gòu)：連桿小頭側(cè)面處設(shè)計(jì)兩個(gè)可調(diào)支承，用于連桿小頭的定位，連桿小頭的定位也有兩種方案：方案一，將連桿小頭壓板與壓緊螺柱設(shè)計(jì)為小頭校調(diào)的基準(zhǔn)件，壓板放置在小頭孔的上平面上，通過調(diào)節(jié)兩個(gè)可調(diào)支承，以基準(zhǔn)件（壓板）的長(zhǎng)度來校調(diào)小頭外圓，確定連桿小頭的定位（見圖5）；方案二，將小頭壓板平面壓緊在孔內(nèi)平面上，以壓板外圓為基準(zhǔn)校調(diào)小頭內(nèi)孔，從而確定連桿小頭的定位（見圖6）。以上結(jié)構(gòu)完成了連桿在裝備上的定位。

圖4 用測(cè)量法確定大頭定位

圖5 校調(diào)小頭外圓定位

圖6 校調(diào)小頭內(nèi)孔定位

連桿的壓緊結(jié)構(gòu)：合理布置三塊壓板，以確保連桿受到均勻的壓緊力，銑削連桿平面時(shí)不產(chǎn)生振動(dòng)及變形。在連桿大頭非加工面位置處設(shè)置兩塊壓板，在連桿小頭內(nèi)孔中設(shè)置一塊壓板。由于連桿壓緊點(diǎn)與定位面不在同一垂直線上，所以在壓緊力作用時(shí)連桿體會(huì)受到扭力而產(chǎn)生壓緊變形，常規(guī)的解決方案是在三塊壓板壓緊點(diǎn)的對(duì)應(yīng)位置處設(shè)置三個(gè)壓緊可調(diào)支承以防止壓緊時(shí)變形的產(chǎn)生，但是僅憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)可調(diào)支承與連桿底面接觸，有可能將連桿頂起而與定位面分離，也有可能可調(diào)支承頂面還沒有與連桿底面接觸，由此可見，將可調(diào)支承調(diào)節(jié)至臨界的狀態(tài)很難做到。為了使可調(diào)支承的調(diào)節(jié)有定量可靠的直觀顯示，在連桿大頭平面小頭平面處分別放置一只百分表（見圖7），此時(shí)再分別調(diào)整可調(diào)支承，同時(shí)再觀察百分表數(shù)值的變化，確定可調(diào)支承與連桿底面接觸后再分別壓緊連桿，此時(shí)繼續(xù)觀察百分表顯示是否有變化，如果有變化說明壓緊時(shí)連桿已產(chǎn)生微量的變形，再調(diào)節(jié)連桿底部的可調(diào)支承使百分表的數(shù)值再恢復(fù)到壓緊前的數(shù)值，以校正連桿的壓緊變形稱之為反變形，此時(shí)在可調(diào)支承狀態(tài)下壓緊的連桿是不存在壓緊變形的，因而保證了連桿銑削加工完成壓板松開后平面度的要求。

2.連桿第二工位基準(zhǔn)面加工夾具的研制

（2）夾具的研制 夾具設(shè)計(jì)思路：以第一工位已加工的連桿大頭平面和連桿小頭平面作為連桿的平面定位，限制連桿的三個(gè)自由度；再以連桿大頭已加工側(cè)面基準(zhǔn)a作為連桿大頭的定位，及以連桿小頭已加工側(cè)面基準(zhǔn)c、端面基準(zhǔn)d作為連桿小頭的定位，限制連桿的另外三個(gè)自由度。連桿側(cè)面基準(zhǔn)b用作檢測(cè)基準(zhǔn)，在線檢測(cè)前道工序基準(zhǔn)面的加工質(zhì)量。夾具的具體設(shè)計(jì)過程如下（見圖8）：

平面定位結(jié)構(gòu)：以連桿大頭平面和小頭平面作為主基準(zhǔn)定位平面，因此其平面度誤差會(huì)給定位精度帶來影響，故采用了四點(diǎn)平面接觸，既有利于平面的調(diào)整，又提高了平面定位的精度。在連桿大頭處設(shè)置三塊定位塊，連桿小頭處設(shè)置一塊定位塊，連桿大小頭定位塊的高度差為（10±0.005）mm。

圖8 連桿第二工位基準(zhǔn)面加工夾具

連桿大頭定位結(jié)構(gòu)：在連桿夾具大頭處設(shè)置一個(gè)定位塊，作為連桿側(cè)面基準(zhǔn)a的定位，并在對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置可調(diào)支承以確保側(cè)面定位的可靠性。在裝備大頭處還設(shè)置有檢測(cè)基準(zhǔn)塊，它與連桿側(cè)面基準(zhǔn)b之間有0.1mm的間隙，每次連桿定位完成后用塞尺及時(shí)檢測(cè)前道工序基準(zhǔn)面的加工質(zhì)量，以防止批量性質(zhì)量事故的發(fā)生。

連桿小頭定位結(jié)構(gòu)：在連桿裝備小頭處設(shè)置兩個(gè)定位塊，作為連桿側(cè)面基準(zhǔn)c、端面基準(zhǔn)d的定位。

由于裝備的三個(gè)側(cè)面定位尺寸及一個(gè)檢測(cè)基準(zhǔn)的精度要求都很高，并且后續(xù)幾道工序也要使用這四個(gè)側(cè)面基準(zhǔn)，而不同的工裝四個(gè)側(cè)面基準(zhǔn)要做到完全一致是有難度的，所以制作一根標(biāo)準(zhǔn)連桿樣板，它作為所有連桿裝備四個(gè)側(cè)面基準(zhǔn)的組裝校調(diào)標(biāo)準(zhǔn)，確保了所有連桿裝備側(cè)面基準(zhǔn)尺寸的完全一致性。

連桿的壓緊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與第一工位的壓緊結(jié)構(gòu)相同。

3.結(jié)語(yǔ)

專用裝備是針對(duì)某一產(chǎn)品的一定工序而專門設(shè)計(jì)的，因而可不考慮其通用性，所以裝備可以設(shè)計(jì)成結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便。筆者在詳細(xì)分析了連桿的形狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合加工中出現(xiàn)的一些具體技術(shù)問題，成功研制了兩套連桿基準(zhǔn)面加工夾具，確保了基準(zhǔn)面的加工精度，為連桿后續(xù)一系列關(guān)鍵的精加工工序的加工提供了可靠的保證。