□ 朱達(dá)新

1.江蘇省江陰中等專業(yè)學(xué)校 江蘇江陰 214400

2.北京理工大學(xué) 機(jī)械與車輛學(xué)院 北京 100081

1 研究背景

在機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程中，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng)或者直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，一般都采用偏心軸或曲軸等偏心零件來(lái)完成。通常偏心零件的形狀較復(fù)雜，加工時(shí)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(nèi)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(jī)加工中遇到需車削偏心零件時(shí)，應(yīng)按零件的形狀、精度要求和加工數(shù)量等相應(yīng)采用不同的裝夾方法，目的應(yīng)保證所要加工零件的偏心部分軸線與車床主軸的旋轉(zhuǎn)軸線重合。在沒(méi)有專用設(shè)備的條件下，利用普通車床加工偏心零件的方法既簡(jiǎn)單又實(shí)用，因此在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。

2 車削偏心零件常用裝夾方法

2.1 四爪單動(dòng)卡盤

此方法適用于加工偏心距較小、精度要求不高、零件長(zhǎng)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(tái)的V形塊上，用高度游標(biāo)劃線尺測(cè)量光軸最高點(diǎn)，再將高度游標(biāo)劃線尺游標(biāo)下移零件實(shí)際測(cè)量的半徑尺寸，在零件的端面和四周劃出軸線。將零件轉(zhuǎn)過(guò)90°，用90°角尺對(duì)齊已劃好的軸線，再用原來(lái)已調(diào)整好的高度游標(biāo)劃線尺在零件周圍劃出一圈十字軸線。將高度游標(biāo)劃線尺的游標(biāo)上移一個(gè)偏心距，并在兩端面劃出偏心軸線。在劃線的過(guò)程中，零件不能轉(zhuǎn)動(dòng)或移位。偏心距中心線劃出以后，即可使用圓規(guī)畫出一個(gè)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(jìn)行校正。采用十字線校正法，先校正偏心圓，使其中心與旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)過(guò)90°校正另一條水平線，反復(fù)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(dòng)量在百分表的量程范圍內(nèi)，也可直接用百分表校正，其外圓跳動(dòng)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(zhuǎn)并不是圓整的，因此車刀必須從最高處開(kāi)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(zhǎng)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(shí)，如圖4所示，需在三爪自定心卡盤的一個(gè)爪上加上一塊墊片，墊片厚度X計(jì)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(shí)測(cè)偏心誤差。

當(dāng)用三爪自定心卡盤車削偏心零件時(shí)，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(shí)測(cè)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(jīng)計(jì)算，墊片實(shí)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(zhǎng)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(diào)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(diào)整四爪單動(dòng)卡盤，將心軸中心偏移一個(gè)零件的偏心距。然后卸下心軸，就可以裝夾零件進(jìn)行加工了。此方法的優(yōu)點(diǎn)是一批零件只需校正一次偏心距，缺點(diǎn)是兩個(gè)卡盤重疊在一起，剛性較差，不平衡慣性較大，因而在加工時(shí)切削用量應(yīng)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(zhǎng)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(shù)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(jìn)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(lái)調(diào)整卡盤的偏心距。偏心距的大小可在兩個(gè)測(cè)量頭之間測(cè)量。

當(dāng)偏心距為0時(shí)，測(cè)量頭正好相碰。轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠時(shí)，其中一個(gè)測(cè)量頭逐漸離開(kāi)另一個(gè)測(cè)量頭，離開(kāi)的尺寸即是偏心距。

當(dāng)偏心距調(diào)整好后，用四個(gè)螺釘進(jìn)行固定。再將零件裝夾在三爪自定心卡盤上，這樣就可以進(jìn)行車削了。

此方法的優(yōu)點(diǎn)是裝夾方便，能保證加工質(zhì)量，并能獲得較高的精度，且通用性強(qiáng)[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(zhǎng)的偏心零件，如圖8所示。加工前應(yīng)在零件兩端先劃出中心軸的中心點(diǎn)和偏心軸的中心點(diǎn)，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(jìn)行車削了。

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

圖9 尺寸加長(zhǎng)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(jìn)行加工即可[5]。

圖10 專用夾具

3 偏心零件測(cè)量方法

3.1 心軸與百分表配合測(cè)量

此方法適用于測(cè)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(cè)量偏心零件是以孔作為基準(zhǔn)的，用一個(gè)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(gè)端面靠在卡爪上，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，百分表上的讀數(shù)應(yīng)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(cè)量

3.2 等高V形塊與百分表配合測(cè)量

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

圖12 等高V形鐵與百分表配合測(cè)量

圖13 百分表與高度游標(biāo)劃線尺配合測(cè)量

3.3 百分表與高度游標(biāo)劃線尺配合測(cè)量

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

3.4 用兩頂尖孔與百分表配合測(cè)量

此方法適用于兩端有頂尖孔、偏心距較小而長(zhǎng)度較長(zhǎng)的偏心零件測(cè)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(zhuǎn)動(dòng)偏心軸，百分表上的讀數(shù)應(yīng)該是偏心距的兩倍[8]。偏心套的偏心距也可用此方法來(lái)測(cè)量，不過(guò)需將偏心套裝在心軸上才能進(jìn)行測(cè)量。

圖14 兩頂尖與百分表配合測(cè)量

3.5 V形塊間接測(cè)量

偏心距較大、質(zhì)量較大的零件，因受百分表測(cè)量范圍的限制，可用V形塊間接測(cè)量的方法，如圖15所示。將零件放在平板的V形塊上，轉(zhuǎn)動(dòng)偏心軸，用百分表測(cè)出偏心軸的最高點(diǎn)。零件固定不動(dòng)，再水平移動(dòng)百分表，測(cè)出偏心軸外圓到基準(zhǔn)軸外圓之間的距離a，然后計(jì)算出偏心距e：

式中：D為基準(zhǔn)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(cè)量出的基準(zhǔn)軸直徑和偏心軸直徑正確的基礎(chǔ)上，否則計(jì)算時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差。

圖15 V形塊間接測(cè)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(diǎn)和偏心點(diǎn)，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(diǎn)上的中心孔和偏心點(diǎn)的中心孔，如圖16所示，鏜削加工時(shí)必須一次裝夾、校調(diào)。

（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(duì)應(yīng)的曲柄銷和側(cè)面。

（6）半精車、精車、磨削曲軸，要根據(jù)所加工零件的技術(shù)要求和車間的現(xiàn)有設(shè)備與工藝條件來(lái)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(duì)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(shí)，一般在帶有偏心卡盤的專用曲軸車床上加工。此外，在沒(méi)有曲軸車床的條件下，同樣可以通過(guò)設(shè)計(jì)專用工裝來(lái)進(jìn)行加工。如在普通車床上加工空壓機(jī)曲軸，通過(guò)設(shè)計(jì)并采用專用工裝來(lái)滿足要求的。

4.2.1 設(shè)計(jì)專用夾具

根據(jù)圖紙要求設(shè)計(jì)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(jīng)調(diào)質(zhì)。制作模板要掌握三個(gè)要點(diǎn)：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(chǎn)品允差的1/3以內(nèi)；三是兩個(gè)檢測(cè)基準(zhǔn)面與四個(gè)偏心孔相對(duì)位置誤差要小。

圖17 專用夾具模板

兩個(gè)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(jī)床莫氏內(nèi)孔具有精密的配合，而且要有較高的強(qiáng)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(tái)階的外圓與粗車模板配合妥當(dāng)。在車床上裝上頂尖棒，再用百分表校調(diào)模板基準(zhǔn)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(shí)，只要將頂尖分別插入相應(yīng)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(zhǔn)面，防止走偏。

4.2.3 精車

曲軸經(jīng)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(diǎn)：在車兩端配合面的臺(tái)階時(shí)與模板的配合精度要高；在整個(gè)車削主軸頸與曲柄銷時(shí)，車床頂緊力、夾緊力均應(yīng)適當(dāng)，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(zhì)量。

4.2.4 其它加工內(nèi)容

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

5 結(jié)束語(yǔ)

筆者介紹了多種加工偏心零件的裝夾方法，在實(shí)際生產(chǎn)中，只有根據(jù)零件的技術(shù)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(jī)械加工的需要。另外，要以降低生產(chǎn)成本和提高加工效率為前提，不斷改進(jìn)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。

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