本發明涉及工裝夾具技術領域，特別是一種可用于六缸發動機曲軸連桿軸頸粗、精加工的夾具。

背景技術：

曲軸功能參數：曲軸是保證多缸內燃機對外輸出特性的五大核心零件之一，其主要幾何精度參數包括曲軸回轉中心同軸度、同相位連桿軸頸同軸度、不同相位連桿軸頸相對回轉中心跳動、不同相位連桿軸頸相對回轉中心圓周相位差等。曲軸與缸體、連桿、活塞組成曲柄滑塊機構將內燃形成的氣體壓力轉變成旋轉動力輸出。

工藝現狀：曲軸生產除了具有軸類的一般加工規律外，還具有其獨特的結構、工藝特點，主要有形狀復雜、剛性差、技術要求高等，加工過程應針對性采取相應措施。目前國內曲軸加工多采用普通機床和專用機床組成的多工序流水線，制造過程存在質量控制、生產效率、自動化程度等問題。如：(1)粗加工過程，常用多刀車床車削曲軸主軸頸及連桿軸頸，由于工序質量的穩定性受機床、夾具、操作、檢測等因素影響較大，欲保證成品精度需要留有較大的精加工余量；(2)精加工過程，采用專用曲軸磨床(如MQ8260)在普通曲軸夾具上完成粗磨-半精磨-精磨-拋光，操作者在安裝、調整、加工、檢測過程需要較高技能，嚴重影響加工效率和產品質量的穩定性。

六缸發動機曲軸工藝分析：六缸發動機曲軸結構特點：1)六個連桿軸頸兩兩同軸，軸心線與曲軸主軸頸中心平行，且以其為基準按120°圓周分布；2)曲軸主軸頸中心與各連桿軸頸中心偏心距相等；3)在每處連桿軸頸位置設計配重，保證曲軸質量中心與幾何中心重合。

連桿軸頸加工是制約曲軸生產的瓶頸工藝之一：

1)專用夾具保證六處連桿軸頸兩兩同軸，且與加工機床主軸同軸，加工過程相對曲軸主軸頸偏心距尺寸精度及平行度穩定；

2)能以曲軸主軸線為基準，圓周精準分度120°，一次安裝完成六處連桿軸頸加工；

3)夾具自帶配重，保證加工過程夾具及工件整體質量中心與機床主軸回轉中心重合。

技術實現要素：

本發明的發明目的是，針對上述問題，提供一種曲軸連桿軸徑加工工裝系統，運用機、電、算一體化控制技術，通過設計基準、工藝基準、檢測基準三基重合的途徑，一次安裝定位，完成全部連桿軸頸加工。最大限度降低了機床、工裝、人員對加工誤差的影響程度，有效提高曲軸連桿軸頸加工質量的穩定性和加工效率。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

本發明通過以下技術手段實現：一種曲軸連桿軸徑加工工裝系統，包括夾具框架，夾具框架底部設置用于與床導軌固定安裝的定位面，所述夾具框架前端由外至內依次安裝莫氏錐度軸、電磁離合器、分度結構和夾具裝置；所述夾具框架后端由外至內依次安裝莫氏錐度軸、電磁離合器和夾具裝置；

所述莫氏錐度軸分別通過軸承同軸安裝在夾具框架的前端和后端并朝向向外；

所述電磁離合器一端同軸連接莫氏錐度軸，另一端同軸連接夾具裝置；

所述夾具裝置包括旋轉盤、V型鐵和弧形壓蓋，旋轉盤與電磁離合器同軸連接，V型鐵通過滑芯偏心設置在旋轉盤相對電磁離合器的一端，滑芯與旋轉盤的軸心線平行；所述弧形壓蓋設置在V型鐵的V型開口一端，弧形壓蓋一端與V型鐵轉動連接并能夠翻轉使得弧形壓蓋與V型鐵蓋合，弧形壓蓋內弧面正對V型開口，弧形壓蓋另一端通過螺栓與V型鐵連接；V型鐵上相對V型開口的一端通過細牙螺栓設有配重；所述V型鐵的V型面與旋轉盤的軸心線平行；所述分度結構包括換向裝置和鎖緊裝置，所述換向裝置和鎖緊裝置分別連接滑芯。

本方案中為通過夾具框架組合的一體式夾具，利用夾具框架上的定位面作基準固定在曲軸磨床指定位置；其可分為主軸和尾架兩部分，分別對應連接機床的主軸和尾架。選擇曲軸端面基準作軸向定位基準，兩端主軸頸外圓表面作中心基準，實現工件連桿軸頸精加工前在夾具中的定位。初始時，通過設置V型鐵的V型開口一端同一位置并水平設置，曲軸對應安裝在兩V型鐵之間，安裝軸端相對旋轉盤偏心設置；但由于曲軸中間的軸頸其處于不同的軸心線上，在加工時需要使其與機床主軸的旋轉軸線同軸以進行加工。而V型鐵的偏心設置是針對上述情況設置的，V型鐵在夾持曲軸后，通過分度結構調節滑芯圓周精確旋轉，并使得待加工的軸頸的軸心線可以調節到與機床主軸的旋轉軸線同軸，并通過分度結構固定。這樣旋轉盤和V型鐵相對固定，待加工的軸頸與機床主軸同軸旋轉，只需要通過通常軸加工的方法即可以對軸頸進行車削和磨削加工。滑芯相對旋轉盤的偏心距離為安裝好后的曲軸，其待加工軸頸軸心線到滑芯軸心線的距離。通過上述結構，曲軸的加工裝夾從復雜變得簡單，擺脫了以往加工六缸發動機曲軸連桿軸頸時需要多次夾持，避免其偏心距尺寸精度及平行度不穩定的情況，同時可以可以快速固定安裝，適合大量或生產線生產，能夠保證產品質量穩定性和加工速率。同時為保證使用過程安全，夾具結構連接電磁離合器，通過電磁離合器可以及時停車作業，起到雙重安全保障。這里通過莫氏錐度軸可以滿足快速安裝或自動化生產線需求。

優選地，所述換向裝置包括主動齒輪、從動齒輪、超越離合器、伺服電機；所述主動齒輪通過超越離合器連接伺服電機的輸出端，伺服電機設有旋轉編碼器并安裝在夾具框架上；所述從動齒輪為內外雙聯齒輪，從動齒輪安裝在旋轉盤對應電磁離合器一端，從動齒輪的外齒輪與主動齒輪相嚙合，從動齒輪的內齒輪與所述滑芯相嚙合；所述伺服電機的輸出端、主動齒輪、從動齒輪及滑芯的軸心線平行。分度機構通過齒輪實現對圓周的精確多等分，一次安裝完成六缸曲軸六處偏心連桿軸頸精磨、半精磨加工。分度結構包括換向裝置和鎖緊裝置：換向裝置用于分度調節；鎖緊裝置用于滑芯的鎖緊和松開，以便于完成分度調節。通過超越離合器實現主動齒輪單向驅動，保證其移動的單向性和準確性，避免不必要誤差。

優選地，所述鎖緊裝置包括為換向鎖止機構，鎖緊裝置連接所述滑芯并同軸設置。

優選地，所述夾具裝置還包括夾具體，夾具體呈L型結構，V型鐵設置的夾具體前端并且與其構成開口朝上的U型結構，該U型結構內腔寬度根據曲軸連桿端部的軸頸長度設置；所述夾具體相對V型鐵一端連接滑芯；夾具體底部還設置有用于放置平衡配重的平衡重配置槽。

優選地，所述旋轉盤對應V型鐵一端設有定位孔和相配合的圓柱銷，定位孔位于V型鐵豎立時V型鐵的兩側并與V型鐵側邊相切。圓柱銷用于加工前的定位，具體是將V型鐵豎直朝上設置，圓柱銷設置在V型鐵兩側用于保證V型鐵開口的初始位置。

優選地，還包括控制系統，所述控制系統包括中央處理器，中央處理器分別連接電磁離合器、伺服電機和旋轉編碼器。通過控制系統可以實現加夾具與機床一體化控制，從而有效協調機床與夾具之間的動作，加快工件的裝卸效率，同時能夠對機床和電磁離合器單獨或同時停車，有效保障加工中的安全及應對突發狀況。

優選地，所述控制系統還包括安裝在跟刀架對應工件一端的跟刀架從動導輪上的壓力傳感器，所述壓力傳感器連接中央處理器。通過壓力傳感器采集到的壓力數據，控制系統實時調節刀具對曲軸徑向的初始壓力。

優選地，所述夾具框架上對應主動齒輪或從動齒輪設置采用非接觸式高靈敏接近開關，所述接近開關連接中央處理器。接近開用于關位置檢測，同時用于加工信號采集和循環加工的系統置零。

優選地，所述滑芯于V型鐵之間采用可拆式連接。通過更換不同結構的V型鐵已到達匹配不同型號曲軸軸頸加工的需要；這里可以通過定位銷和鍵完成定位和力傳動。

由于采用上述技術方案，本發明具有以下有益效果：

1.本發明專用夾具運用成熟的機、電、算一體化技術，在普通曲軸磨床上一次安裝，自動完成六缸發動機曲軸連桿軸頸磨削加工，相對常規曲軸加工多工序流水作業，更利于多規格產品的質量控制。

2.本發明夾具實現了工件設計基準、檢驗基準、加工基準的合一，一次安裝完成6處連桿軸頸精磨，利于充分發揮曲軸磨床工藝能力；配重系統、跟刀系統等措施保證加工過程運行平穩，磨削徑向力影響降低，有利于提高加工速度和加工精度，提高了生產效率。

3.本發明一次安裝完成全部連桿軸頸加工，能減輕夾具磨損，大幅度減少安裝、調整等工藝輔助時間。

4.本發明自動化運行降低了對人工技能的要求，消除人為因素對產品質量穩定性的影響，降低了一線工人的勞動強度。

附圖說明

圖1是本發明專用夾具總體結構及六缸曲軸示意圖；

圖2是本發明夾具初始定位、夾緊、配重調整示意圖；

圖3是本發明工件安裝位置示意圖；

圖4是本發明工件定位及夾緊示意圖；

圖5是本發明分度及定位鎖緊原理圖；

圖6是本發明跟刀架壓力調節示意圖；

圖7是工件六缸發動機曲軸左視圖。

附圖中，1-機床主軸、2-尾架、3-曲軸、4-夾具框架、5-莫氏錐度軸、6-電磁離合器、7-分度結構、8-夾具裝置、9-旋轉盤、10-V型鐵、11-弧形壓蓋、12-螺栓、13-配重、14-滑芯、15-定位孔、16-夾具體、17-平衡重配置槽、18-伺服電機、19-主動齒輪、20-從動齒輪、21-鎖緊裝置、22-跟刀架從動導輪、23-磨削砂輪。

具體實施方式

以下結合附圖對發明的具體實施進一步說明。

如圖1-2所示，用于曲軸連桿軸徑加工工裝系統包括夾具框架4、莫氏錐度軸5、電磁離合器6、分度結構7和夾具裝置8。夾具框架4底部設置用于與機床導軌固定安裝的定位面，夾具框架4前端由外至內依次安裝莫氏錐度軸5、電磁離合器6、分度結構7和夾具裝置8；夾具框架4后端由外至內依次安裝莫氏錐度軸5、電磁離合器6和夾具裝置8。曲軸3放置在兩夾具裝置8之間，并使用夾具裝置8固定。

夾具框架4前端對應機床的機床主軸1，夾具框架4前端由外至內依次連接安裝莫氏錐度軸5、電磁離合器6、分度結構7和夾具裝置8，莫氏錐度軸5通過軸承安裝在夾具框架4的前端并朝向外側；使用時，莫氏錐度軸5對應插接固定在機床主軸1上。夾具框架4后端對應機床的尾架2，夾具框架4后端由外至內依次連接安裝莫氏錐度軸5、電磁離合器6和夾具裝置8；莫氏錐度軸5通過軸承安裝在夾具框架4的后端并朝向外側；使用時，莫氏錐度軸5對應旋轉固定在尾架2上。應該了解的是，兩莫氏錐度軸5之間同軸設置，夾具裝置8之間相向對應設置，且相對莫氏錐度軸5軸線偏心設置，使用時，通過分度結構7調節夾具裝置8的旋轉角度，從而調節曲軸3的偏轉，使其待要加工的軸頸軸線處于機床主軸1旋轉的軸心位置。

如圖3所示，夾具裝置8包括旋轉盤9、V型鐵10和弧形壓蓋11，弧形壓蓋11設置在V型鐵10的V型開口一端，弧形壓蓋11一端與V型鐵10轉動連接并能夠翻轉使得弧形壓蓋11與V型鐵10蓋合，弧形壓蓋11內弧面正對V型開口，弧形壓蓋11另一端能夠通過螺栓12與V型鐵10連接。V型鐵10上相對V型開口的一端還通過細牙螺栓設有配重13。使用時，曲軸3端部軸頸放置在V型開口上，翻轉弧形壓蓋11并通過螺栓12進行固定，螺栓12拉力使弧形壓蓋11發生微量變形，確保不損傷工件表面的前提下，提高夾緊的可靠性，最后完成工件夾緊。通過螺栓精調配重13相對回轉中心的偏距，消除或盡量減少回轉部分的質量偏心。具體的，螺栓12為活節螺栓。

如圖4所示，對夾具裝置8結構進一步優化，此時夾具裝置8包括夾具體16、旋轉盤9、V型鐵10和弧形壓蓋11，夾具體16呈L型結構，V型鐵10設置的夾具體16前端并且與其構成開口朝上的U型結構，該U型結構內腔寬度根據曲軸3端部的軸頸長度設置，以避免曲軸3不能放置或放置后觸碰其他部件，從而損傷曲軸3。在該U型結構的下部還設置有平衡重配置槽17，用于放置平衡配重。

如圖5所示，分度結構7包括換向裝置和鎖緊裝置21，換向裝置和鎖緊裝置21分別連接滑芯14；兩所述夾具裝置8的滑芯14位置相同，V型鐵10的V型開口位置一一對應。換向裝置包括主動齒輪19、從動齒輪20、超越離合器、伺服電機18。主動齒輪19通過超越離合器連接伺服電機18的輸出端，伺服電機18設有旋轉編碼器并安裝在夾具框架4上。從動齒輪20為內外雙聯齒輪，從動齒輪20的外齒輪與主動齒輪19相嚙合，從動齒輪20的內齒輪與所述滑芯14一端的換向分度齒輪相嚙合。伺服電機18的輸出端、主動齒輪19、從動齒輪20及滑芯14的軸線平行。鎖緊裝置21包括為換向鎖止機構，鎖緊裝置21連接所述滑芯14。這里，滑芯14一端連接V型鐵10，另一端一端設置同軸的換向分度齒輪，并通過向心推力軸承偏心設置在旋轉盤9上。

如圖6所示，跟刀架從動導輪22和磨削砂輪23對應貼合曲軸連桿軸頸，這里跟刀架是在普通跟刀架的基礎上安裝精密壓力傳感器，具體是在跟刀架從動導輪22上安裝精密壓力傳感器，通過橫向水平位移，控制加工前對曲軸頸的初始壓力。

為了夾具和機床協調工作，這里設置一控制系統分別連接控制機床和夾具，采用工業可編程控制器PLC作中央處理器，中央處理器連接控制伺服電機18、旋轉編碼器、電磁離合器6、接近開關和壓力傳感器，實現一鍵啟動完成曲軸軸頸磨削加工。通過控制系統可以實現加夾具與機床一體化控制，從而有效協調機床與夾具之間的動作，加快工件的裝卸效率，同時能夠對機床和電磁離合器單獨或同時停車，有效保障加工中的安全及應對突發狀況。

以下以加工六缸發動機曲軸連桿軸頸，具體實施選用在MQ1350B外圓磨床上進行連桿軸頸精加工為例。

首先，將曲軸3對應夾具的V形鐵安裝并夾緊，具體是：

利用夾具框架4上的定位面將夾具整體安置于磨床縱向導軌，夾具框架4兩端莫氏錐度軸5分別與機床主軸1、尾架2的莫氏錐孔配合并連接；微調夾具框架4安裝基座，將夾具框架4整體可靠固定；用千分表、校驗軸等通用檢具校正、微調，保證夾具的主回轉中心與機床主軸1中心的同軸度；

分別調整夾具框架4上對應機床主軸1和尾架2兩部分的V型鐵10，將圓柱銷分別插入V型鐵10兩端定位孔15，機床主軸1和尾架2兩部分的V形鐵V形開口朝上，定位中心線與機床主軸1中心同軸。

將待加工曲軸3兩端對應水平放入V型鐵10，曲軸3兩端軸頸外圓置于V形鐵內，翻轉弧形壓蓋11，并用活節螺栓緊固。螺栓12拉力使弧形壓蓋11發生微量變形，完成工件夾緊。

取出兩端工藝圓柱銷，伺服電機18不通電，兩端電磁離合器6處于脫離，安裝工件后的夾具回轉部分回轉盤整體將以機床主軸1為中心呈自由狀態；轉動V形鐵底部的配重13細牙螺栓，精調配重13相對回轉中心的偏距，消除或盡量減少回轉部分的質量偏心；調整跟刀架，通過壓力傳感器，保證合適的初始壓力。

一鍵啟動，曲軸磨床與夾具系統聯合控制，自動按順序完成下述步驟的連桿軸頸加工：

(1)伺服電機18啟動，經超越離合器驅動V形鐵復位，接近開關發出加工開始信號及系統數據清零信號；伺服電機18停止，兩端電磁離合器6通電。

(2)機床主軸1啟動，曲軸3第一連桿軸頸和第六連桿軸頸與機床主軸1同軸轉動；跟刀架系統進給，跟刀架從動導輪22分別與第一連桿軸頸和第六連桿軸頸外圓接觸；磨削砂輪23系統啟動，并按預設參數進給，同時磨削第一連桿軸頸和第六連桿軸頸，達到預期尺寸精度及表面質量。

(3)磨削砂輪23退出，機床主軸1停機直到靜止；電磁離合器6脫離，伺服電機18啟動，利用伺服電機18自帶旋轉編碼器實現精確120°轉位；伺服電機18停并自鎖，電磁離合器6通電鎖緊；曲軸3第二連桿軸頸和第五連桿軸中心與機床主軸1同軸。

(4)磨削砂輪23、跟刀架從動導輪22平移至第二連桿軸頸和第五連桿軸位置，啟動、進給程序與上述步驟(2)相同，同時磨削第二連桿軸頸和第五連桿軸，達到預期尺寸精度及表面質量。

(5)與上述步驟(2)、(3)、(4)運行相同，步驟相同，同時磨削第三連桿軸頸和第四連桿軸，達到預期尺寸精度及表面質量。

(6)自動停機，將整體回轉部分調整到適當位置，取出成品；同時安裝待加工曲軸3，進行下一循環。

上述說明是針對本發明較佳可行實施例的詳細說明，但實施例并非用以限定本發明的專利申請范圍，凡本發明所提示的技術精神下所完成的同等變化或修飾變更，均應屬于本發明所涵蓋專利范圍。