两拐曲轴的偏心夹具设计

陈伟才

[摘 要] 偏心零件的加工在机械加工中非常普遍，偏心零件的传统加工方法比较麻烦，耗时较长，不利于批量生产。而通过设计偏心夹具可以有效地提高零件的加工精度和加工速度。

[关 键 词] 曲轴；偏心；偏心夹具

[中图分类号] G710 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2016）14-0084-02

一、引言

曲轴是发动机最重要的机件之一，它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传递给底盘的传动机构。曲轴就是多拐偏心轴，其加工原理与偏心轴一样，其中的关键是如何进行零件的装夹，传统的偏心工件加工方法都是通过过划线找出偏心点，采用两顶装夹的方法进行加工，工序较多，耗时较长，不利于批量生产。通过设计偏心夹具可以有效地提高零件的加工精度和加工速度。以两拐曲轴零件加工为例，如图1所示，毛坯材料为45圆钢，尺寸为Ф45*150，批量生产，其偏心部位较多，装夹比较麻烦，定位的难度高，为方便和较快地加工出符合图纸要求的零件，必须采用偏心夹具来进行装夹定位。

二、偏心距的主要技术要求

上图的两拐曲轴零件两处偏心轴？椎150-0..31与活塞连杆连接，加工精度比较高，而且这两个轴？椎150-0..31和主轴？渍42偏心10 mm，偏心距较大，而且同时要保证两个偏心轴与主轴的平行度以及两个偏心轴之间的平面度。为方便加工，设计以下偏心夹具。

三、两拐曲轴偏心夹具的设计原理及相关参数

两拐曲轴偏心夹具（如图2），其相关参数如图3和图4。将两拐曲轴偏心夹具体1通过三爪卡盘连接在机床主轴上，可方便地加工偏心工件。

1—夹具体 2、5—定位圆柱 3、6—夹紧螺钉 4—工件 7—挡胶

在夹具体上加工出一个螺钉通孔，都装有螺钉3和螺钉6，并可通过螺钉夹紧工件，调整两个螺钉的位置可以变换工件的偏心距。在夹具体的两侧各安装一块挡胶7，用于抱紧工件，在工件的偏心距变换时保证工件不能转动而只能垂直地上下移动。在夹具体上加工出安装定位圆柱的孔2和5，孔的位置是由工件的半径r0、定位圆柱半径r1、定位圆柱分布的圆周半径R和两定位圆柱之间的距离B而确定的，孔中装有定位圆柱（过渡配合或过盈配合）。工件4以外圆表面在两个定位圆柱5上定位后，用螺钉3夹紧工件，工件中心位置O1就相对于夹具体的中心位置O偏移了一定距离e（图3）。当加工完一个拐轴后，松开夹紧螺钉3，调整夹紧螺钉6，把工件垂直向上移动到与两个定位圆柱2上定位后，用螺钉6夹紧工件，同样道理，工件中心位置O2就相对于夹具体的中心位置O偏移了一定距离e（图4）。由于加工工件时是以夹具体的外圆表面为基准，所以工件上新形成的表面中心位置与O重合，也与工件中心位置O偏移的距离为e，此偏移量e即为工件所要求的偏心距。

有关尺寸参数的选择与计算，可参见图3。偏心量e与以下四个参数有关，即：工件半径r0、定位圆柱半径r1、定位圆柱分布圆周半径R、两定位圆柱中心距B（或两定位圆柱中心所确定的圆心角ψ）。由图3可得：

根据两拐曲轴偏心夹具的设计原理和（1）式，由于工件的尺寸r0和偏心距e都是图纸固定的尺寸，所有其他相关参数选取如下：r1取14.64 mm，R取50 mm，把所有的参数代进（1）式中可得B=50 mm。

四、定位误差分析

对于这一批工件而言，如不计加工过程中的其他误差，则刀具成形表面（工件的被加工表面）在机床上的位置是不变的。因此，两拐曲轴在用偏心夹具加工时最容易产生的误差就是在变换偏心距时，主轴的第二次装夹是否会出现转动的情况，如果转动，则工件的偏心轴会产生位置变换，加工出来的两个拐轴不能保证很好的平面度。通过在夹具体内的两侧，根据工件装夹部分的形状设计挡胶（图2），挡胶与螺钉链接，并通过螺钉固定，可以有效地解决工件在变换偏心距时出现的问题。

五、加工工艺分析

根据加工的实际情况结合专用的偏心夹具，我们可以按照如下工艺来加工：

1.装夹，工件伸出长度110，加工工件，车平端面。

2.粗、精加工外圆Ф42*100。

3.粗、精加工Ф25*35、Ф20*20，控制各部分尺寸。

4.粗、精加工M20*2三角螺纹。

5.车20*5的槽，并加工槽的两端侧面。

6.调头装夹并确定总长145。

7.粗、精加工Ф27*45、Ф25*35，控制各部分尺寸。

8.卸下工件，在卡盘上装夹两拐曲轴的偏心夹具。

9.在偏心夹具处装夹工件Ф27处，并锁紧螺钉7。（如图3所示）

10.粗、精加工左端的偏心轴Ф15*15，并加工槽的两侧端面。

11.调整偏心夹具，使偏心距向上偏移10，并锁紧工件。

12.粗、精加工右端的偏心轴Ф15*15，并加工槽的两侧端面。

13.卸下工件，检测。

六、小结

本文重点介紹两拐曲轴的夹具设计，并通过该夹具进行装夹加工，非常方便实用，节省了很多找正的时间，并且精度的要求也得到了保证，适合批量生产该零件。相对于传统的车削偏心零件方法，该生产工艺具有一定的先进性和可行性。采用这种专门设计的偏心夹具加工的速度提高了许多，降低了工人的加工难度，而且加工的精度也容易保证，给生产带来较好的利润。

参考文献：

[1]雷小军.一种自定位磨削偏心孔的夹具[J].机械工人冷加工，2006（8）：53-62.

[2]东北重型机械学院、洛阳工学院、第一汽车制造厂职工大学.机床夹具设计手册[M].上海科学技术出版社出版，2000.