异形工件夹具设计思路 | 各种偏心件专用夹具

在机械传动中，从旋转运动到往复运动通常由偏心轴和曲轴完成。机械的开启、关闭和收紧也由偏心部件完成，这表明偏心部件广泛应用于机械制造。

目前偏心件加工工艺复杂，技术水平高，偏心距离难以把握。以下设计案例提供了曲轴和偏心轴的专用夹具设计理念，很好地解决了上诉加工问题。

曲轴是汽车和摩托车发动机部件中较重要的部件之一，曲轴的加工精度和效率非常重要。目前，国内曲轴加工设备落后，曲轴连杆颈加工多采用手动偏心夹具，耗时费力，劳动强度大，夹紧力小，不安全因素大。

1.新型曲轴液压自动偏心夹具

曲轴液压自动偏心夹具的设计如图2所示。夹具为偏心距离固定单爪移动夹具，利用液压旋转缸提供动力，通过内楔形进入爪径向夹紧力，实现爪夹紧和松动动作，工件支架与夹具底座通过定位销11定位高强度螺钉10固定，确保机床主轴12旋转中心曲轴连杆颈轴，机床前后主轴箱，一端夹具有固定角度的角定位块5，前后夹具同步夹紧工件，内楔角前端45°角后端为15°角度可以实现两段夹紧速度，即夹爪在开始夹紧时快速移动，夹爪靠近工件时慢慢移动，直到夹紧工件松开。

夹具基座2-卡爪滑座3-卡爪4-调整螺钉5-角定位块6-半瓦

7.10-螺钉8-夹具体9-配重块11-定位销12-机床主轴头部

2.曲轴液压自动偏心夹具的结构

(1)图2中，夹具基座1与机床主轴头部12连接，夹具8通过定位销11定位与夹具基座1连接M12螺钉10固定，主轴旋转中心夹具体定位孔，另一端半瓦6弧面中心与定位孔中心的距离为曲轴连杆颈的偏心距离。

(2)半瓦6通过螺钉7固定在夹具体的弧形表面上，半瓦的内弧形表面和法兰端面刮擦，调整曲轴的偏心距离和轴向偏差。

（3）角定位块5安装在夹具特定8的前端，通过调整螺钉4来调整曲轴各连杆颈轴的对称度，以确保与机床主轴轴线的同轴度。

(4)如图4所示，卡爪滑座安装在夹具基座的导向槽内，卡爪滑座可沿导向槽径向移动。卡爪2通过导向键1和螺钉3固定在卡爪滑座上，卡爪可以通过夹具基座内斜楔的轴向移动夹紧和松开工件。

3.新型曲轴液压自动偏心夹具的特点

与传统的夹紧方法相比，操作人员的劳动强度大大降低。操作人员将工件靠在轴向定位面和角定位面上，其余动作由前后液压夹自动完成。实验证明，传统夹具安装工件需要大约1个. 5 min，卸载工件约40件 s，液压自动偏心夹具安装工件的设计和开发需要约10个 s，卸载工件8左右 s，提高工件装卡效率5 倍多。同时，液压自动偏心夹具夹紧力大，工件变形小，有效提高了曲轴的加工精度。

1.车用空压机曲轴

汽车空气压缩机曲轴（图5）是汽车空气压缩机的心脏，位于空气压缩机连杆，曲轴旋转运动，驱动连杆使活塞往复运动，旋转运动直线运动，其主要作用是传递扭矩，是连杆的动力源，因此曲轴连杆颈磨削质量的重要性不言而喻。

如图6所示：

2.改进曲轴连杆颈磨削液压偏心夹具

曲轴连杆颈磨削偏心夹具由旋转液压缸和偏心夹具组成，分别安装在数控曲轴连杆颈专用磨床头轴前后轴端，头轴为空心结构，旋转液压缸输出的高压液压油由放置在头轴内孔的高压液压软管输入偏心夹具的高压油腔，如图7所示。

1-偏心夹2-头架主轴3-高压液压软管4-液压旋转缸

(1)回转液压缸的结构如图8所示，采用增压缸的增压回路。液压缸工作时，液压油通过油口Y 2进入大液压缸5，使活塞向左移动，通过活塞6单向阀4进入小液压缸2和薄壁套筒环形油腔，使其充满液压油，不考虑油路压力损失，液压油压力为系统压力，压力只能使薄壁套筒产生可忽略的变形，以确保曲轴能很容易地进入弹性套筒内孔，单向阀4能保证液压油不回流。第一次进油时，整个油路充满气体。此时，应拧松两排气螺塞3，以排出油路，然后拧紧两排气螺塞3，以确保油路关闭。

1-连接法兰2-小液压缸3-排气螺塞4-单向阀5-大液压缸

6-活塞7-接近开关支架8-发信板

(2)曲轴偏心夹具的结构

1-V定位块2-轴向定位盘3-薄壁套筒4-弹性套筒5

6-夹具体7-平衡块8-联接盘

曲轴偏心夹具（图9）依靠连接板8固定在主轴前端，连接板8有定位槽，具体6可在连接板定位槽中滑动，调整垫5厚度确定与连接板的偏心，确定与主轴的偏心量，确保连接板与主轴的重叠。研磨曲轴时，将曲轴安装在弹性套筒4中，手动按下V形定位块1，依靠V形块1的自定心功能，确保曲轴连杆颈的轴与头轴重合。曲轴正确定位后，头轴后端液压缸的高压使薄壁套筒3和弹性套筒4变形，夹紧曲轴。然后手动将V形定位块1拉回原位，防止砂轮切入磨削受阻。调整平衡块7的重量可以确保安装曲轴后的偏心夹具的重心与磨床头架的主轴合，避免偏心夹具旋转时离心力过大影响头架旋转精度。

夹具的设计过程为数控曲轴连杆颈专用磨床的设计开发提供了早期的技术储备，缩短了数控曲轴连杆颈专用磨床的研发周期。

1.常用的三爪卡盘主要由组成

常用的三爪卡盘主要包括卡盘、活动卡爪、卡爪驱动机构。卡爪驱动机构包括一个大椎齿轮和三个小锥齿轮(如图1所示)。当操作人员用伏击扳手旋转小锥齿轮时，大椎齿轮会旋转，背面的螺纹会驱动三个爪子同进同出(如图2所示)。三爪运动距离相等，能自动定心。用扳手扳动小锥齿轮时，可更换三个反爪，安装直径较大的工件(如图2所示)。

2.改进曲轴连杆颈磨削液压偏心夹具

为了解决自定心三爪卡盘加工的技术问题，改进了卡盘上其中一个的形状（如图3所示）

偏心调整时，拧出爪1上的螺栓，松开爪1与平面螺纹的啮合，只有另外两个爪与平面螺纹啮合(如图12所示)。

然后用伏击扳手旋转小锥齿轮，大锥齿轮旋转，驱动爪2和爪3接近或退出中心，根据卡盘上的刻度控制偏心e值（如图13所示）。

然后将爪1与平面矩形螺纹重新啮合，用伏击扳手旋转锥齿轮，驱动三个爪靠近中心夹紧工件(如图14所示)

较后拧紧螺栓固定爪1(如图15所示)，完成偏心调整夹紧。

3.卡爪2/3移动量h与偏心量e的关系

从图16可以看出，卡爪2和3的移动量h与轴偏心量e的关系：直角三角形ABC中e=h·sin30°，则e=0.5h，即h=2e。

4.实例

将35mm×70mm毛坯加工成如图10所示的形状和尺寸，其中e=4mm。

(1)计算卡爪2和3的移动量h：h=2e=2×4=8mm。

（2）加工和夹紧工件的过程：1）加工桩32直径段；2）拧出爪1上的螺栓，松开爪1与平面螺纹的啮合，然后用伏击扳手旋转锥齿轮，驱动爪2和爪3靠近中心mm，然后将爪1与平面矩形螺纹重新啮合，用伏击扳手旋转锥齿轮，驱动三个爪同时靠近中心夹紧工件，较后拧紧螺栓固定爪1，偏心调整夹紧完成；3)加工22轴段。

5.结论

实践证明，偏心轴专用三爪卡盘的加工不仅避免了纠正困难和定位不准确的问题，而且大大节省了纠正时间，提高了加工效率和精度，保证了加工质量。