曲軸連桿頸車削及液壓自動夾具技術(shù)

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發(fā)表于 2022-11-3 09:25:42 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

前言

本文通過對汽車發(fā)動機曲軸連桿頸車削加工工藝的分析，探索出一種適合高效高精度自動定心夾緊的新型液壓夾具的設(shè)計思路。通過對曲軸的偏心定位夾持結(jié)構(gòu)以及動平衡設(shè)計，保證了安全性和可靠性，并將其應(yīng)用在曲軸生產(chǎn)線上，為推動汽車零部件的質(zhì)量和數(shù)量的快速提升發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

一、曲軸連桿在車削工藝中的問題

曲軸是內(nèi)燃機最難加工的核心零件之一，作為大批量生產(chǎn)的汽車曲軸由于受到成本、效益的制約，在設(shè)計、材料和加工方面都經(jīng)歷了相當(dāng)大的演變，隨著人們注重環(huán)保、改進性能以及降低制造成本的要求日益增高，這種演變過程還將繼續(xù)下去。曲軸的某個軸頸或連桿頸，其幾何形狀是一個短圓柱體，車削加工無疑是最傳統(tǒng)、經(jīng)濟且簡單可靠的工藝手段。曲軸主軸頸及連桿頸車削工藝在曲軸加工制造歷史上曾經(jīng)占據(jù)了半個多世紀(jì)的時間，軸頸的車削工藝目前仍被廣泛采用。

但是，如果用于連桿頸加工，偏離回轉(zhuǎn)中心的夾持位置以及因此而產(chǎn)生的動平衡問題使曲軸車削自動夾具的設(shè)計變的非常困難，目前采用的手動夾具不僅費時費力而且存在較大的不安全因素，難以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)方式。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)代的數(shù)控車床在車削精度、轉(zhuǎn)速、自動控制和安全可靠性各方面均發(fā)生了巨大的變化，雙主軸同步驅(qū)動、圓盤式轉(zhuǎn)位刀塔的配備充分滿足了曲軸車削工藝的需要，只要能成功地解決曲軸自動定位、夾緊的問題，消除離心力所產(chǎn)生的不安全因素，曲軸車削工藝無疑將成為具有多方面優(yōu)越性和高性價比的工藝方法。

二、傳統(tǒng)工藝方案分析

如圖1所示曲軸中的編號Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ依次為第一主軸頸、第二主軸頸、第五主軸頸；編號i、ii、iii、iv依次為第一連桿頸、第二連桿頸、第四連桿頸，該圖零件為四拐曲軸（也叫“四缸曲軸”）。

一般被加工零件為四拐曲軸或六拐曲軸，在生產(chǎn)線上要求按不同部位的連桿頸加工分序分別配備設(shè)備。以四拐曲軸為例，一臺機床在一次裝夾中專門加工i、iv連桿頸（i、iv連桿頸同軸），徑向定位夾緊用Ⅰ、Ⅴ主軸頸，夾具體懸伸長度較短；另一臺機床在一次裝夾中專門加工ii、iii連桿頸（ii、iii連桿頸同軸），徑向定位夾緊用Ⅱ、Ⅳ主軸頸，夾具體懸伸長度較長。也就是說，一套夾具不能同時加工同一根曲軸的全部連桿頸，這樣要求的目的是曲軸的被加工連桿頸靠近被夾緊定位的相應(yīng)主軸頸處，有利于保證精度，同時可以提高效率，適應(yīng)專業(yè)化生產(chǎn)。

三、曲軸連桿夾具設(shè)計思路介紹

該夾具其主要功能是在曲軸連桿頸車削機床中對曲軸進行自動定位和夾緊。應(yīng)用時，該夾具與機床主軸連接，成對同步使用，故該機床是雙主軸箱同步數(shù)控車床。機床主軸回轉(zhuǎn)中心與被加工連桿頸軸線同軸。

工件的定位分三個方面，即徑向定位、軸向定位和角向定位。徑向定位及夾緊部位是曲軸工件的主軸頸，屬于偏心夾緊，夾緊后主軸頸軸線偏離機床主軸回轉(zhuǎn)中心的距離等于曲軸工件的半沖程（即曲軸連桿頸中心到曲軸主軸頸的中心距離），即：徑向定位要保證被加工曲軸的連桿頸處于車床主軸的回轉(zhuǎn)中心上；軸向定位一端為固定擋鐵，另一端為設(shè)在右夾具軸向上的液壓油缸；角向定位可分為兩種，當(dāng)工件輻板上有側(cè)定位面時定位結(jié)構(gòu)可設(shè)在本夾具上，如果工件輻板無側(cè)定位面，則定位結(jié)構(gòu)可設(shè)在機床的獨立裝置上。

工件的定位、夾持如圖2所示，左右夾具分別與機床的左右主軸箱的主軸凸緣盤同心相連。這樣，將工件上的其中一對連桿頸使之與主軸回轉(zhuǎn)中心一致，即可實現(xiàn)對該連桿頸的高速車削加工。

四、曲軸連桿夾具結(jié)構(gòu)介紹

設(shè)計上，左右夾具結(jié)構(gòu)基本相同。因機床主軸高速旋轉(zhuǎn)時，曲軸會產(chǎn)生很大的離心力，所以需要有足夠的夾緊力保證曲軸連桿頸車削加工時的安全可靠。該夾具的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)使用的是液壓驅(qū)動的擺桿卡爪機構(gòu)（見圖3 a、b），該結(jié)構(gòu)通過采用鉸鏈增力機構(gòu)的方式來滿足這一要求。圖3b中的件10、11、12、13和14，以液壓驅(qū)動油缸體或活塞桿往復(fù)運動并將作用力通過與之相連結(jié)的連板、擺桿轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃虞S的轉(zhuǎn)動，當(dāng)連板與活塞桿軸線的夾角α臨近90°時，液壓油缸的推力轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€被增大的轉(zhuǎn)矩傳遞至傳動軸和卡爪，進一步實現(xiàn)對工件的可靠夾緊。

液壓油路是通過旋轉(zhuǎn)接頭配通油路驅(qū)動內(nèi)部油缸及連桿實現(xiàn)動作過程，采用液壓旋轉(zhuǎn)接頭是因夾具及其油缸10隨機床主軸作回轉(zhuǎn)運動之故。左、右夾具的驅(qū)動油缸采用同一套液壓閥控制。

在夾具柔性設(shè)計上，通過更換定心弧形鉗口8以及調(diào)整件卡爪6和傳動軸11之間的角度，來實現(xiàn)適應(yīng)不同規(guī)格工件的調(diào)整。

五、曲軸連桿夾具的特點

影響可靠性的因素有強度、剛度、夾緊力、定位結(jié)構(gòu)、油路以及平衡等。

該夾具的強度、剛度是綜合考慮的。通過對主體結(jié)構(gòu)的安排及其組件的材料選擇、關(guān)鍵截面確定以及工藝措施的確定，權(quán)衡利弊，并對薄弱環(huán)節(jié)進行校核。夾緊力通過液壓回路、增力機構(gòu)和傳動結(jié)構(gòu)來保證。

定位結(jié)構(gòu)分徑向定位、軸向定位、角向定位。徑向定位由周邊形狀呈矩形，上邊呈弧形的定心弧形鉗口8實現(xiàn)，以保證被加工曲軸的連桿頸處于車床主軸的回轉(zhuǎn)中心上；軸向定位為設(shè)在右夾具軸向上的液壓油缸實現(xiàn)的；角向定位設(shè)在機床的獨立裝置上。

油路是通過旋轉(zhuǎn)接頭配油的，左右夾具的徑向夾緊油缸共用一套液壓閥控制。

動平衡是針對不同的工件加工的適應(yīng)性而考慮的，采用更換平衡鐵的措施得以實現(xiàn)。根據(jù)一定批量的不同規(guī)格的工件的平均質(zhì)量，預(yù)先配好相應(yīng)的平衡鐵，以便在生產(chǎn)線上更換工件時更加快速方便操作（見圖1中平衡鐵5）。

結(jié)語

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本套自動夾具應(yīng)用在曲軸連桿頸加工專用數(shù)控車床上，是一種可對曲軸實現(xiàn)自動定位夾緊的機構(gòu)，其主要包括內(nèi)置油缸結(jié)構(gòu)、鉸鏈增力結(jié)構(gòu)以及自動定位夾緊結(jié)構(gòu)等。其特征在于機床液壓驅(qū)動內(nèi)置油缸并將液壓油缸的往復(fù)運動轉(zhuǎn)化為卡爪的夾緊動作，提供足夠的夾緊力。在提高機床安全可靠性及降低工人勞動強度的同時，亦可使曲軸連桿頸車床設(shè)備滿足曲軸自動化生產(chǎn)線的需求。