偏心零件加工與測量方法的研究

□ 朱達新

1.江蘇省江陰中等專業(yè)學校 江蘇江陰 214400

2.北京理工大學 機械與車輛學院 北京 100081

1 研究背景

在機械傳動過程中，回轉運動轉變?yōu)橥鶑椭本€運動或者直線運動轉變?yōu)榛剞D運動，一般都采用偏心軸或曲軸等偏心零件來完成。通常偏心零件的形狀較復雜，加工時裝夾不便，偏心軸零件外圓和外圓之間的軸線平行且不重合，偏心套零件外圓和內孔的軸線平行且不重合。這兩條軸線之間的距離通常稱為偏心距。在機加工中遇到需車削偏心零件時，應按零件的形狀、精度要求和加工數(shù)量等相應采用不同的裝夾方法，目的應保證所要加工零件的偏心部分軸線與車床主軸的旋轉軸線重合。在沒有專用設備的條件下，利用普通車床加工偏心零件的方法既簡單又實用，因此在生產中得到了廣泛應用。

2 車削偏心零件常用裝夾方法

2.1 四爪單動卡盤

此方法適用于加工偏心距較小、精度要求不高、零件長度較短、數(shù)量較少的偏心零件，其加工步驟如下。

2.1.1 劃線

如圖1所示，將已車削好的光軸放在平臺的V形塊上，用高度游標劃線尺測量光軸最高點，再將高度游標劃線尺游標下移零件實際測量的半徑尺寸，在零件的端面和四周劃出軸線。將零件轉過90°，用90°角尺對齊已劃好的軸線，再用原來已調整好的高度游標劃線尺在零件周圍劃出一圈十字軸線。將高度游標劃線尺的游標上移一個偏心距，并在兩端面劃出偏心軸線。在劃線的過程中，零件不能轉動或移位。偏心距中心線劃出以后，即可使用圓規(guī)畫出一個偏心圓。

圖1 劃線

2.1.2 裝夾、校正

零件裝夾如圖2所示，校正如圖3所示。在車床面上放一小型平板，用劃線盤進行校正。采用十字線校正法，先校正偏心圓，使其中心與旋轉中心一致；然后自左向右校正外圓上的水平線。用同樣方法轉過90°校正另一條水平線，反復校正到符合要求為止。如果零件的偏心距e換算成外圓跳動量在百分表的量程范圍內，也可直接用百分表校正，其外圓跳動量等于偏心距的兩倍。

圖2 裝夾

2.1.3 車削

校正后要夾緊零件，由于零件的回轉并不是圓整的，因此車刀必須從最高處開始車削，否則可能損壞車刀[1-2]。

圖3 校正

2.2 三爪自定心卡盤

此方法適用于加工數(shù)量較多、長度較短、偏心距較小、精度要求不太高的偏心零件。在裝夾零件時，如圖4所示，需在三爪自定心卡盤的一個爪上加上一塊墊片，墊片厚度X計算公式為：

圖4 三爪自定心卡盤裝夾偏心零件

式中：e為零件偏心距；k為偏心距修正值，k≈1.5Δe；Δe為試切后實測偏心誤差。

當用三爪自定心卡盤車削偏心零件時，d=50 mm，e=4 mm，若在三爪自定心卡盤片墊入6 mm厚的墊片，試切后實測偏心距為4.04 mm，則有：

Δe=4.04-4=0.04 mm

k=1.5Δe=1.5×0.04=0.06 mm

經計算，墊片實際尺寸為：

X=1.5e-k=6-0.06=5.94 mm

2.3 雙卡盤

此方法適用于加工長度較短、偏心距較小、加工較多的偏心零件，如圖5所示。加工前先調整偏心距。用一根加工好的心軸裝夾在三爪自定心卡盤上并校正。再調整四爪單動卡盤，將心軸中心偏移一個零件的偏心距。然后卸下心軸，就可以裝夾零件進行加工了。此方法的優(yōu)點是一批零件只需校正一次偏心距，缺點是兩個卡盤重疊在一起，剛性較差，不平衡慣性較大，因而在加工時切削用量應選小一些。

2.4 花盤

圖5 雙卡盤裝夾偏心零件

此方法適用于加工長度較短、偏心距較大、精度要求不高的偏心孔零件，如圖6所示。在加工偏心孔前，先將零件外圓和兩端面加工至技術要求，然后在一端面上劃好偏心孔的位置，用均布的壓板將零件裝夾在花盤上，再用劃線盤進行校正后壓緊，即可車削。

圖6 花盤裝夾偏心零件

2.5 偏心卡盤

此方法適用于加工短軸和盤、套類較精密的偏心零件，如圖7所示。

偏心卡盤分為兩層，花盤用螺釘固定在車床主軸的連接盤上，偏心體與花盤燕尾槽相互配合。

在偏心體上裝有三爪自定心卡盤，利用絲杠來調整卡盤的偏心距。偏心距的大小可在兩個測量頭之間測量。

當偏心距為0時，測量頭正好相碰。轉動絲杠時，其中一個測量頭逐漸離開另一個測量頭，離開的尺寸即是偏心距。

當偏心距調整好后，用四個螺釘進行固定。再將零件裝夾在三爪自定心卡盤上，這樣就可以進行車削了。

此方法的優(yōu)點是裝夾方便，能保證加工質量，并能獲得較高的精度，且通用性強[3-4]。

圖7 偏心卡盤裝夾偏心零件

圖8 兩頂尖裝夾偏心零件

2.6 兩頂尖

此方法適用于加工較長的偏心零件，如圖8所示。加工前應在零件兩端先劃出中心軸的中心點和偏心軸的中心點，并在鏜床上分別加工出中心孔。然后用前后頂針頂住，加上雞心夾頭和撥盤，就可以進行車削了。

若偏心距小時，偏心中心孔與基準中心孔可能部分重疊，此時可將零件毛坯的長度加長兩個中心孔深度，即L1=L＋2h，如圖9所示。加工結束后切去加長的兩個中心孔。具體加工方法是先用兩基準中心孔裝夾車成光軸，切去基準中心孔，保證零件長度；然后劃線鉆偏心中心孔；最后車削偏心圓。

圖9 尺寸加長的偏心零件裝夾

2.7 專用夾具

此方法適用于加工精度要求高，而且批量較大的偏心零件，如圖10所示。只要將零件裝夾在偏心軸或偏心套上進行加工即可[5]。

圖10 專用夾具

3 偏心零件測量方法

3.1 心軸與百分表配合測量

此方法適用于測量精度要求較高而偏心距較小的偏心零件，如圖11所示。用百分表測量偏心零件是以孔作為基準的，用一個夾在三爪自定心卡盤上的心軸支承工件，百分表的觸頭指在偏心零件的外圓上，將偏心零件的一個端面靠在卡爪上，緩慢轉動，百分表上的讀數(shù)應該是偏心距的兩倍，否則零件的偏心距就不合格[6]。

圖11 心軸與百分表配合測量

3.2 等高V形塊與百分表配合測量

用百分表測量偏心零件時，可將零件放在平板上，由兩個等高的V形塊來支承軸頸，如圖12所示。百分表觸頭指在偏心外圓上，緩慢轉動偏心軸，百分表上的讀數(shù)也應該等于偏心距的兩倍[7]。

圖12 等高V形鐵與百分表配合測量

圖13 百分表與高度游標劃線尺配合測量

3.3 百分表與高度游標劃線尺配合測量

上述兩種方法中，百分表還可以裝在高度游標劃線尺上配合使用，如圖13所示，此方法可擴大測量范圍。

3.4 用兩頂尖孔與百分表配合測量

此方法適用于兩端有頂尖孔、偏心距較小而長度較長的偏心零件測量，如圖14所示。將零件裝夾在兩頂尖之間，百分表的觸頭指在偏心零件的外圓上，用手轉動偏心軸，百分表上的讀數(shù)應該是偏心距的兩倍[8]。偏心套的偏心距也可用此方法來測量，不過需將偏心套裝在心軸上才能進行測量。

圖14 兩頂尖與百分表配合測量

3.5 V形塊間接測量

偏心距較大、質量較大的零件，因受百分表測量范圍的限制，可用V形塊間接測量的方法，如圖15所示。將零件放在平板的V形塊上，轉動偏心軸，用百分表測出偏心軸的最高點。零件固定不動，再水平移動百分表，測出偏心軸外圓到基準軸外圓之間的距離a，然后計算出偏心距e：

式中：D為基準軸外圓直徑；d為偏心軸外圓直徑。

用此方法，必須在由千分尺測量出的基準軸直徑和偏心軸直徑正確的基礎上，否則計算時會產生誤差。

圖15 V形塊間接測量

4 曲軸車削加工

曲軸是多拐偏心軸，屬于典型偏心零件，其加工原理與加工偏心軸基本相同。

4.1 小型曲軸

尺寸小、偏心距不大的曲軸，其主要加工步驟如下。

（1）先將坯料一端留法蘭作工藝裝夾用，需留有足夠的加工余量。

（2）在工件的兩端面上劃出中心點和偏心點，并打好洋沖眼。

（3）鏜兩端中心孔，利用數(shù)顯表在鏜床上分別鏜出兩端中心點上的中心孔和偏心點的中心孔，如圖16所示，鏜削加工時必須一次裝夾、校調。

（4）用兩頂尖頂住主軸頸中心孔，粗車主軸頸并留余量。

（5）用兩頂尖頂住偏心孔，粗車對應的曲柄銷和側面。

（6）半精車、精車、磨削曲軸，要根據(jù)所加工零件的技術要求和車間的現(xiàn)有設備與工藝條件來制訂完整的工藝方案[9]。

圖16 曲軸鏜削加工

4.2 大型曲軸

對于大型多拐曲軸，其毛坯一般為鍛件或鑄件。加工這類曲軸時，一般在帶有偏心卡盤的專用曲軸車床上加工。此外，在沒有曲軸車床的條件下，同樣可以通過設計專用工裝來進行加工。如在普通車床上加工空壓機曲軸，通過設計并采用專用工裝來滿足要求的。

4.2.1 設計專用夾具

根據(jù)圖紙要求設計兩套專用夾具模板，分別用于粗加工和精加工。

模板如圖17所示，材料采用40Cr鋼并經調質。制作模板要掌握三個要點：一是模板定位孔槽與曲軸法蘭外圓的配合定位精度要高；二是模板偏心孔形狀和位置公差精度高，即允許誤差要控制在曲軸產品允差的1/3以內；三是兩個檢測基準面與四個偏心孔相對位置誤差要小。

圖17 專用夾具模板

兩個專用頂針，即車頭頂針和尾架頂針宜采用T10A工具鋼制造，加工完成后不僅要與機床莫氏內孔具有精密的配合，而且要有較高的強度、剛度和耐磨性[10]。

4.2.2 粗車

在車床上粗車各主軸頸，放一定的熱處理余量，并精車兩端帶臺階的外圓與粗車模板配合妥當。在車床上裝上頂尖棒，再用百分表校調模板基準面，確保兩端模板同心，校妥后夾緊。車削加工四檔曲柄銷，在換曲拐車削時，只要將頂尖分別插入相應的模板偏心孔中即可。每加工一檔曲柄銷，必須檢查一次基準面，防止走偏。

4.2.3 精車

曲軸經熱處理等工藝后，利用精車模板，用與上述相同的方法精車曲軸的主軸頸和曲柄銷。同樣要注意三點：在車兩端配合面的臺階時與模板的配合精度要高；在整個車削主軸頸與曲柄銷時，車床頂緊力、夾緊力均應適當，以防止曲軸變形；合理使用切削用量三要素，不斷提高加工精度和表面質量。

4.2.4 其它加工內容

根據(jù)工藝要求完成其它加工內容。需要特別注意的是，在車削加工曲軸的曲拐頸時，由于零件大、偏心距大，會導致回轉直徑大，因偏心而產生的慣性力也大，必須準確加載配重，使零件裝夾牢靠。

5 結束語

筆者介紹了多種加工偏心零件的裝夾方法，在實際生產中，只有根據(jù)零件的技術要求和現(xiàn)有的加工條件等綜合考慮選擇不同的方法，才能滿足機械加工的需要。另外，要以降低生產成本和提高加工效率為前提，不斷改進加工曲軸等偏心零件的工藝方法，從而提高企業(yè)的制造效率與水平。

[1]浙江省教育廳職成教教研室.普通車床加工技術 [M].北京：高等教育出版社，2010.

[2]楊黎明.機床夾具設計手冊[M].北京：國防工業(yè)出版社，1996.

[3]王文浩，陳科.偏心軸加工工藝分析[J].機床與液壓，2013，41（14）：24-25.

[4]王先逵.機械制造工藝學[M].3版.北京：機械工業(yè)出版社，2013.

[5]張毅，何予東，楊林偉，等.零件制造工藝的優(yōu)化與改進[J].機械制造，2017，55（6）：70-72.

[6]徐春梅,賴思琦.法蘭盤鉆孔專機的設計及應用[J].制造技術與機床，2016（1）：61-63.

[7]趙興仁.錐面工裝在高同軸度內孔車削中的應用[J].機械制造，2017，55（6）：79-80，85.

[8]王麗君.在車床上加工偏心孔的夾具[J].裝備制造技術，2017（4）：137-139.

[9]白云貴，易湘斌，劉多霞，等.一種實現(xiàn)不停車裝夾的車床用彈簧夾頭[J].機械制造，2017，55（4）：59-60.

[10]高根明.偏心工件的車削工藝探討[J].機械制造與自動化，2015（1）：35-37.