鄧燕赟，呂有界

（廣州航海高等?？茖W(xué)校，廣東廣州 510725）

曲軸是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零件。它的作用是把活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將作用在活塞上的氣體壓力變成扭矩，用來驅(qū)動(dòng)工作機(jī)械和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)各輔助系統(tǒng)進(jìn)行工作。曲軸在工作時(shí)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(qiáng)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(duì)某一曲軸的其中一個(gè)加工工序進(jìn)行專用夾具設(shè)計(jì)，為曲軸加工專用夾具設(shè)計(jì)提供參考。

1 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸零件分析

如圖1 所示為某一柴油發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸零件簡圖。該曲軸是整體式曲軸，有四個(gè)曲拐；主軸頸和連桿軸頸分布在同一平面內(nèi)，四個(gè)連桿軸頸在主軸頸兩側(cè)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(lǐng)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(yù)鍛及終鍛；在壓床上切邊；再在模鍛錘上進(jìn)行熱校正；最后經(jīng)熱處理消除內(nèi)應(yīng)力，調(diào)整硬度值到207～241HBS。

2 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸零件加工工藝路線說明

工藝路線是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)的總體布局。其主要任務(wù)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(zhǔn)，確定工序尺寸、設(shè)備、工裝、切削用量和時(shí)間定額等。在擬定工藝路線時(shí)應(yīng)從實(shí)際情況出發(fā)，充分考慮應(yīng)用各種新工藝、新技術(shù)的可行性和經(jīng)濟(jì)性[2]。本文所述零件結(jié)合機(jī)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?yàn)?1個(gè)。本文擬針對(duì)工序7，即銑定位面E（如圖2所示）進(jìn)行專用夾具設(shè)計(jì)。在本道工序加工時(shí)，第一、二、三、四、五主軸頸都進(jìn)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(zhǔn)。

圖1 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸零件簡圖

圖2 定位面加工

3 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸零件銑定位面E夾具設(shè)計(jì)方案

3.1 選擇定位基準(zhǔn)，并確定工件的定位方式及定位元件的結(jié)構(gòu)

由圖2 可知，定位面E 的加工基準(zhǔn)是第五主軸頸的軸線。為了使定位誤差為零，應(yīng)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(shí)用，準(zhǔn)備采用方頭螺釘進(jìn)行夾緊。

3.2 確定工件的夾緊方式，選擇合適的夾緊機(jī)構(gòu)

按照夾緊的基本原則，確定工件以2 個(gè)V 形塊定位，限制了y 向的移動(dòng)，z 向的移動(dòng)，y 向的轉(zhuǎn)動(dòng)，z向的轉(zhuǎn)動(dòng)，然后用壓板夾緊，夾緊機(jī)構(gòu)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(duì)刀、導(dǎo)向方式，選擇對(duì)刀、導(dǎo)向元件

對(duì)刀塊是用來確定夾具與刀具相對(duì)位置的元件。對(duì)刀時(shí)，不允許銑刀與對(duì)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(duì)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(shè)計(jì)中選擇H＝5 mm 的對(duì)刀平塞尺。在夾具總裝圖上，對(duì)刀塊的位置應(yīng)根據(jù)定位面來確定，并需按工件加工精度要求制定對(duì)刀塊工作面的坐標(biāo)尺寸、公差和位置精度要求。在本夾具設(shè)計(jì)中選擇直角對(duì)刀塊。

3.4 確定銑床夾具與機(jī)床間的正確位置

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

4 夾具的定位精度分析

4.1 確定的定位對(duì)刀方案

4.2 誤差分析與計(jì)算

尺寸45 mm 不是主要尺寸，精度不作要求，故不必進(jìn)行分析。現(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(zhǔn)確，使工件的原始基準(zhǔn)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(zhǔn)發(fā)生移動(dòng)而在工序尺寸方向上產(chǎn)生的偏差?yuàn)A具的安裝誤差△a。由于第八側(cè)板寬度為30 mm，故安裝誤差：

圖3 定位簡圖

（3）因刀具相對(duì)于夾具位置不準(zhǔn)確，或刀具與導(dǎo)向、對(duì)刀元件之間的配合間隙引起的導(dǎo)向或?qū)Φ墩`差△t。該項(xiàng)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(diǎn)。對(duì)于銑夾具，由于銑刀對(duì)定位件間的位置是參考對(duì)刀塊調(diào)整獲得的，所以對(duì)刀塊至定位件間的尺寸公差可按經(jīng)濟(jì)加工精度給定，一般為0.06～0.10 mm，這里取△t=0.08 mm。

（4）因機(jī)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(guān)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(xiàng)誤差的總和應(yīng)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(gè)定位方案是可行的。

5 結(jié)語

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸加工工藝復(fù)雜，專用夾具設(shè)計(jì)成為必要。本文針對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸加工過程中銑削曲軸某一定位面這一加工工序進(jìn)行了專用夾具方案設(shè)計(jì)，并進(jìn)行夾具定位精度分析，為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸加工專用夾具設(shè)計(jì)提供參考，具有一定的實(shí)際意義。

［1］蔡安江.機(jī)械工程生產(chǎn)實(shí)習(xí)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［2］王信義.機(jī)械制造工藝學(xué)［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，1990.

［3］陶濟(jì)賢，謝明才.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1986.