0 引言
曲軸是汽車發(fā)動機的關(guān)鍵零件，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度高，難度大，工藝復(fù)雜。圖1 所示為一種精密曲軸磨連桿工序圖，連桿軸頸呈90°分布，是該曲軸加工的難點。主要技術(shù)要求如下。
1) 連桿軸頸與主軸頸的中心距和相位角。
2) 連桿軸頸軸心線與第一和第五主軸頸共同軸心線的平行度。
3) 連桿軸頸的尺寸精度、圓柱度和表面粗糙度等。對于高標(biāo)準(zhǔn)的汽車發(fā)動機，相位角的控制是至關(guān)重要的，該曲軸的相位角公差要求控制在±12'。曲軸精磨連桿軸徑時出現(xiàn)廢品的主要原因是相位角超差和連桿軸頸圓角R 處的表面質(zhì)量不符合要求。影響相位角分度精度的原因主要是夾具分度精度控制不好; 影響連桿軸頸圓角R 處表面質(zhì)量的主要原因是工藝系統(tǒng)的振動。
筆者設(shè)計了一種精磨連桿軸頸夾具，圓滿解決了以上問題，用普通MQ8260 曲軸磨床，加工出了高質(zhì)量的精密曲軸。
1 曲軸加工工藝分析
精密曲軸磨連桿工序圖如圖1 所示，根據(jù)基準(zhǔn)重合原則，曲軸精磨連桿軸徑時定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)應(yīng)該重合，所以，精磨連桿軸徑時的主要定位基準(zhǔn)選第一和第五主軸頸的公共軸心線，軸向定位基準(zhǔn)選第一主軸頸的右臺階側(cè)面，而相位角的定位精基準(zhǔn)選連桿軸頸的中心線。曲軸的主要機械加工工藝如下: 粗車主軸頸→粗車連桿軸頸→精車主軸頸→精車連桿軸頸→表面淬火→粗磨主軸頸→粗磨連桿軸頸→精磨主軸頸→精磨連桿軸頸→拋光。
從工藝過程可知，用粗磨過的主軸頸定位粗磨連桿軸頸，然后用精磨過的主軸頸定位精磨連桿軸頸，以保證磨連桿軸頸時有足夠的定位精度。
2 連桿軸頸磨削定位分析
曲軸磨削常用的定位形式有三爪、V 形塊和半圓弧軸瓦三種，三爪由于不能實現(xiàn)主1、主5 軸頸定位，而且裝夾不方便，不適合在批量生產(chǎn)中使用; V 形塊定位的適應(yīng)性強，夾具調(diào)整方便，定位精度高，是連桿軸頸加工較好且常見的定位形式，廣泛應(yīng)用于連桿軸頸的車削和磨削夾具中。但V 形塊定位的缺點是夾具系統(tǒng)剛性不好，如圖2a 所示，在A 處V 形塊定位面與工件是線接觸，在磨床啟動沖擊力的作用下兩端V 形塊與工件的接觸線摩擦力小，會使主1、主5 軸兩端V形塊相對于工件產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形而影響連桿的分度精度。
為此，精磨連桿軸頸的夾具采用了半圓弧軸瓦定位，此時工件與夾具的定位是面接觸，如圖2b 所示，克服了V 形塊定位剛性不好的缺點。因此，連桿軸頸粗磨用V 形塊定位，制造調(diào)整方便; 精磨時用半圓弧軸瓦定位，剛性好、精度高。
3 精磨連桿夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1 夾具結(jié)構(gòu)分析
精磨連桿夾具結(jié)構(gòu)簡圖如圖3 所示，定位斜楔8放入夾具體1 的V 形槽中，將分度盤10 上的刻線對準(zhǔn)夾緊圈9 上的基準(zhǔn)線，用鎖緊螺母7 鎖緊。曲軸在分度盤上的半圓軸瓦4 上定位，然后以粗磨后的連桿軸頸為基準(zhǔn)，指示表校正余量并用壓緊螺母6 壓緊，磨削1#連桿( 連1) 軸頸。完成1#連桿軸頸的磨削后，松開鎖緊螺母7，將分度盤10 轉(zhuǎn)動90°，由分度盤10 上的刻度線對準(zhǔn)基準(zhǔn)線粗定位，然后用指示表校正精磨過的1#連桿軸頸，實現(xiàn)精定位，以保證相位角的精度，用鎖緊螺母7 鎖緊后磨削2#連桿軸頸，按同樣的方法依次磨削3#、4#連桿軸頸。
該夾具分度時曲軸不需要重新裝夾，采用分度盤轉(zhuǎn)動分度，克服了曲軸重新裝夾引起的誤差和變形。用刻線粗定位便于觀察和調(diào)整，操作方便，不干涉用百分表精定位時的微調(diào)。與法蘭端銷孔定位比較，其影響定位精度的因素少、精度高且結(jié)構(gòu)簡單。
相位角的校正方法如圖4 所示，在磨好1# 連桿軸頸后，將分度盤旋轉(zhuǎn)90°，刻線粗定位，將1# 連桿軸頸轉(zhuǎn)到水平位置，然后用指示表按尺寸B( 尺寸B 應(yīng)等于圓弧軸瓦中心到基準(zhǔn)面的距離加上連桿軸頸的半徑) 校正并夾緊。
3.2 相位角的定位誤差分析計算
軸瓦的定位面直徑為
，主軸頸的定位面直徑為
，主軸頸的基準(zhǔn)位移誤差ΔY等于主軸頸軸心線在軸瓦中的最大變動量，即:
ΔY = ( 0.014 + 0.014) /2 = 0.014mm
又由于相位角的設(shè)計基準(zhǔn)是連桿軸頸的中心線，而校正基準(zhǔn)是連桿軸頸的母線，所以基準(zhǔn)不重合誤差為連桿軸頸半徑的公差，即:
ΔB = 0.010/2 = 0.005mm
所以相位角加工的定位誤差α 為:
α = arctan［( 0.005 + .0.014) /50］= 2'35″
通過計算，分度定位誤差只有2'35″，遠遠小于曲軸分度精度( ±12') 的三分之一，滿足加工要求。
4 基于行為建模技術(shù)的平衡塊設(shè)計
磨連桿軸頸時，由工件、夾具構(gòu)成的工藝系統(tǒng)是和機床主軸一起轉(zhuǎn)動的，如果系統(tǒng)不平衡，就會在加工過程中引起振動，使連桿軸頸，特別是R 圓角處產(chǎn)生振紋，影響曲軸的使用壽命甚至出現(xiàn)廢品。由于連桿軸頸夾具質(zhì)量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般是安裝在磨床上，根據(jù)經(jīng)驗調(diào)整平衡塊。這種方法平衡精度低，不能滿足精密曲軸加工的要求。
利用行為建模技術(shù)可以簡化設(shè)計流程，降低成本，提高平衡精度。
行為建模中的最優(yōu)化設(shè)計分析可以解決在滿足某一設(shè)計目標(biāo)和設(shè)計約束的情況下，如何找出設(shè)計變量的最佳解。在如圖3 所示的夾具中，以圓弧定位軸瓦的中心線和夾具回轉(zhuǎn)中心線的距離h 為設(shè)計目標(biāo)，以平衡塊的尺寸作為設(shè)計變量，以平衡塊重心到夾具回轉(zhuǎn)中心的距離m 為設(shè)計約束，然后利用行為建模技術(shù)中的最優(yōu)化模塊進行優(yōu)化計算，從而找到一組最佳解。
5 結(jié)語
本文研究了用普通曲軸磨床磨削精密曲軸的連桿軸頸技術(shù)，特別是利用行為建模技術(shù)對夾具在回轉(zhuǎn)過程的平衡做了優(yōu)化設(shè)計計算，提高了連桿軸頸的磨削精度和表面質(zhì)量，減少了廢品率，降低了成本。
從用戶反饋的統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，曲軸連桿軸頸處的破壞明顯減少，為企業(yè)取得了經(jīng)濟效益。
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