0 引言

      曲軸是汽車發動機的關鍵零件，其結構複雜，加工精度高，難度大，工藝複雜。圖1 所示為一（yī）種（zhǒng）精密曲軸磨連杆工序圖，連杆軸頸呈90°分布（bù），是該曲軸加工的難點。主要技術要求如下。

      1) 連杆軸頸與（yǔ）主軸頸的中心距和相位角（jiǎo）。

      2) 連杆軸頸軸心線（xiàn）與第一和第五（wǔ）主（zhǔ）軸頸共同軸心線的平行度。

      3) 連杆軸頸的尺寸精度、圓柱度和（hé）表麵粗糙度（dù）等。對於高標準的汽車（chē）發動機，相位角的控製是至關重要的，該曲軸（zhóu）的相位角公差要求控製（zhì）在±12'。曲軸精磨連杆軸徑時出現廢品的主要原因是相（xiàng）位角超差和連杆軸（zhóu）頸圓角（jiǎo）R 處的表麵質量不符合要求（qiú）。影響相位角（jiǎo）分度（dù）精（jīng）度的原因（yīn）主要是夾具分度精度控製不好（hǎo）; 影響連杆軸頸圓角R 處表麵質量的主要原因是工藝係統的振動（dòng）。

      筆者設計了一（yī）種精磨（mó）連杆（gǎn）軸頸（jǐng）夾具，圓滿解決了以上問題，用普（pǔ）通MQ8260 曲軸磨床，加工出了高（gāo）質量的精密曲軸。

1 曲軸（zhóu）加（jiā）工工藝分析

      精密曲軸磨連杆工序圖如（rú）圖1 所示，根據基準重合原則，曲軸精磨連杆軸徑時定位基準與設計基（jī）準應該重合，所以，精磨（mó）連杆軸徑時的主要定位基準選第一和第（dì）五主（zhǔ）軸頸的公（gōng）共軸心線，軸向定位基準選第一主軸頸的右（yòu）台（tái）階側麵，而相位角（jiǎo）的（de）定位精基準選（xuǎn）連杆軸頸的中心線。曲軸的主（zhǔ）要機械加工工藝如下: 粗車主軸頸→粗車連杆軸頸→精車主軸頸→精車連杆軸頸→表麵淬火→粗磨主軸（zhóu）頸→粗磨（mó）連杆軸頸→精磨（mó）主軸頸→精磨連杆軸頸→拋光。

      從工藝過（guò）程可知，用粗磨過的主軸頸定（dìng）位粗磨連杆軸頸，然後用精磨過的主軸頸定位精（jīng）磨連杆軸頸，以保證磨連杆軸頸時有足夠的定位精度（dù）。 

2 連杆軸頸磨（mó）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，三爪由於不能實現（xiàn）主1、主5 軸頸定位，而（ér）且裝夾不方便，不適（shì）合在批量生產中使用; V 形塊定位的適應性強，夾具調整方便，定位精度（dù）高，是連杆軸頸加工較好且常見的定位形式，廣泛應用於連（lián）杆軸頸的車削和磨削夾具（jù）中。但V 形塊定位的缺點是夾（jiá）具係統（tǒng）剛性不好（hǎo），如圖（tú）2a 所示，在A 處V 形塊定位麵與工件是線接觸，在磨床啟動衝擊力的作用（yòng）下兩端V 形塊與（yǔ）工件的接（jiē）觸線摩擦力小，會使主（zhǔ）1、主5 軸（zhóu）兩端V形塊相對於工件（jiàn）產生扭轉變（biàn）形而影響連杆的分度精度。

      為此，精磨連杆軸（zhóu）頸的夾具采（cǎi）用了半圓弧軸瓦定位，此時工件與夾具的定位是麵接觸，如圖2b 所示，克服了V 形塊定位剛性不好的缺點。因此，連杆軸頸粗磨用V 形塊定位（wèi），製造調整方便; 精磨時用半圓弧軸瓦定位，剛性（xìng）好、精度高。 

3 精（jīng）磨連杆夾具結構設計

3.1 夾具結構分析

      精磨連杆夾具結構簡圖如圖3 所示，定位斜楔8放入夾具體1 的V 形（xíng）槽（cáo）中，將分度盤10 上的刻線對準夾緊圈9 上的（de）基（jī）準線，用（yòng）鎖緊螺母7 鎖（suǒ）緊。曲（qǔ）軸在分度盤上的半（bàn）圓（yuán）軸瓦4 上定位（wèi），然後以（yǐ）粗磨後的連杆（gǎn）軸頸（jǐng）為（wéi）基準（zhǔn），指示表（biǎo）校正餘量（liàng）並用壓緊螺母6 壓緊，磨（mó）削1#連杆( 連1) 軸頸（jǐng）。完成1#連杆（gǎn）軸頸的磨削後，鬆開鎖緊螺母7，將分（fèn）度盤10 轉動90°，由分度盤10 上的刻（kè）度線對準（zhǔn）基（jī）準線粗定位，然後（hòu）用指示表（biǎo）校正精磨過的1#連杆軸頸，實現精定位，以保證相位角的精度，用鎖緊（jǐn）螺母7 鎖緊後磨削2#連（lián）杆軸頸，按同樣的方法依次磨削3#、4#連杆軸頸。 

      該夾具分度時曲軸不需要重新裝夾（jiá），采用分度盤轉動分度，克服了曲軸（zhóu）重新裝夾引起的誤差和變形。用刻線粗定位便於觀察和調整，操（cāo）作方便，不幹涉用百分表精定位時的微調。與法蘭端銷孔（kǒng）定位比較，其影響定位精度的因素少、精度高且結構（gòu）簡單。

      相位角的校正方法如（rú）圖4 所示，在磨好1# 連杆軸（zhóu）頸後（hòu），將分度盤旋轉（zhuǎn）90°，刻線粗定位，將1# 連杆軸頸轉到水平位置，然（rán）後用指示表按（àn）尺寸B( 尺寸B 應等於圓（yuán）弧軸瓦中心到基準麵的距離加上連杆軸頸的半徑) 校正並夾緊（jǐn）。 

 3.2 相（xiàng）位角的定位誤差分析計算

      軸瓦的定位（wèi）麵直徑為，主軸頸的定位麵直徑為，主（zhǔ）軸頸的基準（zhǔn）位移誤差ΔY等於主軸頸軸心線在（zài）軸瓦中的最大變動量，即:

      ΔY = ( 0.014 + 0.014) /2 = 0.014mm

      又由於相位角的設計基準是連杆軸頸的中心線（xiàn），而校正基準是連（lián）杆軸（zhóu）頸的母線，所以基準不（bú）重合（hé）誤差為連杆軸頸半徑的公差，即（jí）:

      ΔB = 0.010/2 = 0.005mm 

      所以相位（wèi）角加工的定位誤差α 為:

      α = arctan［( 0.005 + .0.014) /50］= 2'35″

      通過計算，分度定位誤差隻有2'35″，遠（yuǎn）遠小於曲軸分（fèn）度精度( ±12') 的三分之（zhī）一，滿足加工要（yào）求。

4 基於（yú）行為建模技術的（de）平衡塊設計

      磨連杆軸頸時，由工件、夾具構成的（de）工藝係統是和機床主軸一起轉動的，如果係統不平（píng）衡，就會在加工過程中引起振動，使連杆軸頸，特別是R 圓角處產生振紋，影響（xiǎng）曲軸的使用壽命甚至出現廢品。由於連杆軸頸夾具質量大、結構複雜，一般是安裝在磨床上，根（gēn）據經驗調整平衡塊。這種方（fāng）法平衡精度低，不能滿足精密曲軸加工的要求。

      利用行為建模技術可以簡（jiǎn）化設計流程，降低成本，提高平衡精度。 

      行為建模中的（de）最優化設計分析可以解決在滿足某（mǒu）一設（shè）計目標和設計約束的情況下，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（xīn）線和夾具回轉中心線的（de）距離h 為設計目標，以平衡塊的尺寸作為設計變量，以平衡塊重心到夾具（jù）回轉中（zhōng）心的距離m 為設計約束，然後利用行為建模技術中的最優化模塊進行優化計算，從而（ér）找到一組最（zuì）佳解。

5 結語

      本文研究了用普通曲軸磨床磨削精密曲軸的連杆軸頸技術，特別是利用行為建模技術對夾具在（zài）回轉過程的平衡做了優化設計計算，提高了連（lián）杆（gǎn）軸頸（jǐng）的磨削精度和表麵質量，減少了廢品率，降（jiàng）低了成本。 

      從用（yòng）戶反饋的統計數據看，曲軸連杆軸頸處的破壞明顯減少，為（wéi）企業取得了經濟效（xiào）益。