CN203712370U - 曲轴专用的车削卡具装置 - Google Patents

Abstract

曲轴专用的车削卡具装置，左右卡具结构基本相同，其特征在于各卡具的偏心距移动及定位机构通过丝杠支撑机构安装在卡具体上，压板、位置测量、锁紧螺钉机构，对滑板锁紧定位；滑板圆台内安装连杆颈分度定位及锁紧机构，蜗轮固定在鼓轮上，转盘通过定位销将其与鼓轮固定，通过蜗杆驱动蜗轮围绕旋转中心孔的旋转实现工件的旋转、定位以及固定锁紧；曲轴卡持机构在卡紧工件的同时可围绕旋转中心孔分度旋转；偏心配重机构实现整个旋转体系的旋转平衡。这种机床主轴上的偏心卡具，即可实现在一套装置上完成多个系列、不同偏心距，不同直径主轴颈的曲轴的加工，还能在每个曲轴的加工过程中只一次装卡即能完成曲轴的连杆颈、主轴颈及两侧腹板的车削。

Description

曲轴专用的车削卡具装置

技术领域

本实用新型涉及机械设备制造，一种安装在机床主轴上的偏心卡具，同时适用于多种规格曲轴的连杆颈、主轴颈及两侧腹板加工的车削卡具装置。 

背景技术

曲轴的主轴颈、连杆颈及腹板加工现阶段主要有以下三种方式：第一种是利用五轴车铣中心进行多轴联动铣削加工，第二种是根据每个系列曲轴的自身特点制造的偏心卡具进行加工，第三种是最传统的方式，根据曲轴连杆颈偏心距的不同在曲轴端面打上特制的偏心孔进行连杆颈加工。 

现今的三种加工方式各有利弊，第一种方式可以对曲轴的连杆颈、主轴颈及腹板等加工面进行铣削加工，缺点是受加工设备交货期长、价格高昂且对加工者的技术水平要求很高等多种因素的限制，另外很多大型的车铣复合机床需要由国外进口。第二种情况是现在常用的加工方式，根据每个曲轴连杆颈不同的偏心距及连杆颈相位分度角度设计不同的偏心卡具，对曲轴进行加工，缺点是每个卡具只能加工特定的曲轴的连杆颈和腹板，针对不同的系列的曲轴需设计不同的卡具，造成资金浪费，也不便于更换卡具。另外这种卡具并不能加工曲轴的主轴颈，当加工曲轴的主轴颈时还需要另外的专门主轴颈车床进行加工，不能实现工件的一次装卡完成加工。第三种方式是较为原始的方式，通过在曲轴的端面根据连杆颈的偏心距和分度角度预加工偏心顶尖孔，利用偏心顶尖孔的顶持对工件进行加工。但这种方式受曲轴偏心量较大，整体旋转不平衡，对机床运转及操作都造成一定的隐患，故该种加工方式已不常见。 

为了解决以上问题，必须研究曲轴类零件的自身特点。曲轴具有如下特点： 

1、曲轴类零件形状特殊，完全不同于普通轴类件，虽然也属于回转类零件，但不同部位的回转中心基本不同，尤其是“奇数拐颈”的曲轴，比如船用曲轴中较常见的“七拐”曲轴共有七个连杆颈，每个连杆颈的轴颈中心为以曲轴两端的主轴径为中心，以偏心距为半径的一个虚拟圆上平均分布。这一特点导致这些轴颈完全无法在传统的车床上进行加工。两个连杆颈之间有一个主轴径，这些主轴径为同一中心，因此传统车床的卡盘卡住两端的主轴径后，可以加工曲轴的其他 主轴径，但对不在同一旋转中心的连杆颈加工则无能为力，如想加工必须采取专用措施。 

2、传统的方法加工每一种类的曲轴都需要针对工件特点设计一套专用的工装来进行曲轴的加工。但因为不同系列，不同种类的曲轴的连杆颈数量(即：“拐数”)各不相同，连杆颈中心距离主轴中心的距离也各不相同，可以卡持的主轴径直径也各不相同。这就造成如果需要加工的曲轴种类较多的话就必须根据曲轴特点分别设计工装，造成极大的资金投入，也影响加工效率。同时这种卡具一般只限于加工连杆颈，当需要加工主轴径时，还需要将工装在车床主轴上拆下，更换上普通卡盘后进行主轴径的加工，非常影响加工效率。 

发明内容

本实用新型的目的是提供一种曲轴专用的车削卡具装置，这种安装在机床主轴上的偏心卡具，首先可以实现在一套装置上完成多个系列、不同偏心距，不同直径主轴颈的曲轴的加工，其次在每个曲轴的加工过程中通过一次装卡即能完成曲轴的连杆颈、主轴颈及两侧腹板的车削。 

本实用新型的曲轴专用的车削卡具装置，包括左、右卡具，其特征在于左右卡具分别对称安装在车床的左右旋转中心上，左右卡具结构基本相同，每个卡具由卡具体、偏心距移动及定位机构、连杆颈分度定位及锁紧机构、曲轴卡持机构、偏心配重机构组成，唯一区别是右卡具没有蜗轮蜗杆分度机构；偏心距移动及定位机构通过丝杠支撑机构把滑板安装在卡具体上，滑板两侧的压板，使滑板定位；滑板上还有位置测量装置的数显游标深度尺、锁紧螺钉机构，对移动后的滑板进行精确锁紧定位；滑板圆台内安装有连杆颈分度定位及锁紧机构，蜗轮固定在鼓轮上，分度盘上面的转盘通过定位销将其与鼓轮固定，通过蜗杆驱动蜗轮围绕滑板上的旋转中心孔的旋转最终实现工件的旋转、定位以及固定锁紧；曲轴卡持机构安装在滑板圆台端口、连杆颈分度定位及锁紧机构上面，卡盘体、卡爪安装在转盘的旋转中心上，在卡紧工件的同时可围绕旋转中心孔分度旋转；卡具体的下半部安装偏心配重机构，通过丝杆传动件的运动带动一组配重盘移动，调整配重盘中配重块的位置及重量，实现整个旋转体系的旋转平衡。 

本设计曲轴专用的车削卡具装置的显著特点： 

(1)通过安装在对称布置的卡具体上的滑动机构带动滑板移动，从而在一定范围内实现任意的偏心距。另外滑板上安装有回转及锁紧机构，通过回转及锁紧机构的旋转定位实现工件与主轴旋转中心偏心旋转。即通过径向移动和圆周复 合运动在理论上实现了曲轴上不同的部位均可以与主轴回转中心的同轴，从而适应不同曲轴的主轴颈及连杆颈的加工需要，而当滑动机构移动到特定位置时，实现卡具旋转中心与主轴的旋转中心同心时就可实现普通机床的车削功能，进行主轴颈等轴类零件的加工。 

(2)通过在一个分度盘上集成不同的分度孔(或者配备具有不同分度孔的分度盘，通过更换分度盘)，用转盘的插销与分度盘孔的插入定位实现不同分度的曲轴的连杆颈加工； 

(3)通过上述两种功能特点的集成实现了机床既具备普通机床进行外圆回转加工的能力，又具备了曲轴专机的加工能力，同时更可实现一次装卡。大大提高了机床的生产效率和设备投入成本的节约； 

(4)通过蜗轮蜗杆的增力作用解决了大型曲轴加工过程中在分度加工不同连杆颈时需要通过人力和天车共同作用旋转曲轴的问题，可一人独立完成，更方便操作。 

(5)通过首次在曲轴加工卡具上采用四爪自定心卡盘，可卡持不同直径的轴颈，解决了传统卡具必须采用抱瓦式结构对主轴径卡持，而必须根据不同直径的主轴径分别设计抱瓦，主轴径尺寸稍有改变就必须另行设计抱瓦的问题。该结构，操作灵活，自定心精度高，卡持稳定，且大大节省制造成本，解决了抱瓦加工困难易变形的难题。 

(6)通过数显游标测量装置解决了滑板上下移动过程中偏心距离的数字式显示与精确的数据测量，确保了曲轴偏心距的准确测量，确保了加工精度。该数显测量机构解决了传动加工方法中加工连杆颈无法快速定位偏心距，必须先试车连杆颈，之后通过测量已加工的主轴径与连杆颈距离的方法来确定中心距是否合适并不断修正偏心距的难题。 

附图说明

图1是主动的左卡具体布置图； 

图2是图1左卡具主体结构的剖视图； 

图3是锁紧鼓轮20的抱瓦锁紧抱死装置结构图； 

图4分度机构的蜗轮蜗杆结构图； 

图5是从动右卡具区别于图1主动左卡具的示意图； 

图6是卡具体1与滑板2结合面的结构示意图； 

图7是滑板2零件本身结构示意图； 

图8-1～8-4是加工不同拐数曲轴作业用的不同定位孔的分度盘22示意图。 

具体实施方式

实用新型的曲轴专用的车削卡具装置，包括左、右卡具，其特征在于左右卡具分别对称安装在车床的左右旋转中心上，左右卡具结构基本相同，每个卡具由卡具体、偏心距移动及定位机构、连杆颈分度定位及锁紧机构、曲轴卡持机构、偏心配重机构组成；各部分结构参见附图说明如下： 

卡具的主体结构见图1，卡具体1作为承载主体，其特征在于左、右卡具分别通过卡具体1对称安装到机床的左右旋转中心上，可以一端是主轴箱，一端是尾座，也可以是左右都是主轴箱。偏心距移动及定位机构安装在卡具体1的上半部，其丝杠支撑机构11通过丝杠12、丝母13把滑板2安装在卡具体1上，连杆颈分度定位机构安装在滑板2圆台内，曲轴卡持机构4安装在滑板2圆台端口，在夹具体1下部的偏心配重机构5，滑板2的结构见附图7，滑板2有圆台侧与卡具体1上的导向槽配合，确保滑板2可沿着导向槽在卡具体1上移动；卡具体1上、位于滑板2圆台两侧安装四个起定位作用的压板8，还有位置测量装置，包括数显游标深度尺6以及定位块9。安装在卡具体1倒T形槽内的四组T型槽锁紧螺钉机构7，对移动后的滑板2进行精确锁紧定位。 

安装在主轴箱旋转中心上的左卡具，如图2所示，连杆颈分度定位及锁紧机构安装在滑板2圆台内的旋转中心上，支座18通过螺钉及滑板2的定位孔安装固定到滑板2圆台大孔内，筒状的支座18上通过轴承支撑装置19安装鼓轮20，外压盖29和内压盖30定位在支座18外端；鼓轮20外周对称安装一对带手柄的蜗杆14，蜗轮15；见图3，蜗轮15固定在鼓轮20上，鼓轮20上有若干定位销35，使插销26可以准确地与分度盘22上的定位孔定位。鼓轮20外周安装两个抱瓦36、两个导向销37、锁紧杆38；分度盘22安装在滑板2凸台外周上，为固定元件；在转盘34与分度盘22的定位孔同直径的部位，由定位法兰23及插销机构锁紧；插销机构包括弹簧24、销轴25、插销26和手柄27。外压盖29和分度盘22上面通过定位销35将转盘34与鼓轮20固定。图1中的偏心配重机构5，图2中的有若干个配重块为一组的配重盘28，通过丝杆传动件21，包括丝杆及其支座、轴承及丝母3把配重盘28安装在卡盘体1上。通过丝杆传动件21与螺母3的运动带动配重盘28移动，调整配重盘28中配重块的位置，同时通过不同配重块的叠加调整配重重量，最终实现整个旋转体系的旋转平衡。丝杠支撑机构11还包括丝杠12两侧的支座、轴承等。轴承支撑装置19包括两组轴 承及隔套。 

曲轴卡持机构，又称自定心四爪卡盘，安装在连杆颈分度定位及锁紧机构的上面，卡盘体32及四个卡爪33安装在转盘34的旋转中心上，在卡紧工件的同时可围绕旋转中心孔16分度旋转。 

右卡具为从动卡具，右卡具主要结构与左卡具结构相同，唯一区别是右卡具没有蜗轮蜗杆分度机构，即：图5中的右卡具没有安装图2左卡具中的蜗杆14和蜗轮15。也就是说右卡具本身在分度时不能主动旋转，只有当左卡具的转盘34被蜗轮蜗杆驱动而转动时才跟随左卡具和曲轴转动，因此右卡具可与左侧机构同步旋转，当左侧转盘被重新定位后，右侧卡具也同样完成插销定位。这样的作用是防止两侧同时驱动转盘时，因为蜗轮蜗杆机构的自锁性能产生相互干扰，影响驱动的同步性，进而导致曲轴扭曲。 

卡具体1的形状见图6，为圆盘形，圆心有定位孔17、矩形凹槽端有径向孔，定位孔17孔周至一侧半径有多个矩形凹槽为减重槽、其两侧各有一个有贯穿直径的倒T型导向槽，导向槽外部精加工的L型凸面，剩余凹面部分是为减少加工面积；矩形凹槽端有径向孔，矩形凹槽的径向另半部，加工凹槽作为滑板用丝杠的安装基面，左侧的T型槽经过精密加工，作为滑板2的导向槽。所述L型凸面和凹槽上都有螺孔。 

滑板2的结构见附图7，矩形板底面一侧加工凸台，与卡具体1上的导向槽对应，滑板2另一侧矩形板正面有大圆台，圆台内底部圆心处加工旋转中心孔16，圆台内圆壁加工为大回转孔10。 

起曲轴分度回转及锁紧作用的分度盘(22)的结构为：见图8-1～8-4，为分度盘22的几种类型举例，分度盘22为环形，在分度盘22圆周方向上均匀分布有若干定位孔，定位孔的数量是根据曲轴分度的角度不同而确定，分别适用于不同“拐数”的曲轴加工。5个定位孔的分度盘(22)，以分度盘圆心为中心按72度分度、有8个定位孔的分度盘(22)，适用于4拐或8拐曲轴加工，定位孔以分度盘圆心为中心按45度分度；分度盘(22)9拐用的有9个均匀定位孔、分度盘(22)7拐用的有7个均匀定位孔。 

卡具的主要结构见剖视图2，结合作业状态说明：当加工曲轴连杆颈时，本夹具将曲轴卡持就位后，通过摇动丝杆12带动丝母13沿着卡具体1的导向槽上下移动。此时压板8压合，防止滑板2与卡具体1脱离。滑板2凸台可沿着导向槽在卡具体1上移动，从而产生不同的偏心距，这个偏心距可根据加工曲轴连杆 颈与曲轴主轴颈的偏心距不同而预先设定。在卡具体1上的丝杆传动机构21，图2中可见，可带动配重盘体28在卡具体1上下方向移动，将图2中的旋转中心孔16与卡具体1上的定位孔17在滑板2上下移动过程中对正时，即视为机床旋转中心与曲轴的主轴旋转中心对正，此时可进行曲轴主轴颈的车削。 

当机床的主轴颈加工完成后，根据曲轴连杆颈的偏心距摇动丝杆12，同时观察图1中滑板侧面的数显游标深度尺6，确定移动到位后，用T形槽锁紧螺钉机构7锁紧固定滑板2可以进行某一连杆颈的车削。当该连杆颈车削完成后，通过摇动图4所示的带手柄的蜗杆14带动蜗轮15旋转，并带动鼓轮20在滑板2旋转中心上旋转，当鼓轮20转动后，通过安装在鼓轮20上的若干定位销35带动转盘34围绕滑板2的旋转中心转动。分度盘22固定在滑板2上不参与转盘34部分的旋转，加工不同拐数的曲轴只需更换有相应孔数的分度盘22，当通过蜗杆14手动驱动转盘34旋转(曲轴此时与转盘34同时旋转，实现连杆颈中心的转换)转过固定的角度时(此角度即为曲轴不同连杆颈的分度角度)，在转盘34转动过程中，转盘34上的插销26通过弹簧24可自动插入分度盘22的定位孔中；新的位置确定后，通过图3中安装在滑板2上的锁紧抱死机构，两个半圆块状的抱瓦36、锁紧鼓轮20，则此时转盘34被重新固定，机床主轴旋转后可带动曲轴旋转，进而进行该位置曲轴连杆颈及两侧腹板的车削。 

这样在转动到位后，开始进行车削操作时，机床的旋转动力从机床主轴传递过来以后，依次通过卡具体1——滑板2——蜗杆14——蜗轮15——转盘34——曲轴卡持机构4(自定心四爪卡盘)至曲轴，这样的路径传递的。图3中的两个抱瓦36及各自导向杆37、锁紧杆38，只是对鼓轮20起到了辅助的减震锁紧作用。这是与普通卡具体的摩擦抱紧机构有区别的；这一结构改动大大提高了传动刚性，对曲轴减轻了加工过程中刚性不足的问题。 

曲轴连杆颈及两侧腹板的位置车削完成后，手动旋转锁紧杆38使抱瓦36与鼓轮20脱开，之后拔出插销26，使转盘34与分度盘22分开，旋转蜗杆14带动工件旋转进行下一工步、下一连杆颈的车削。按此顺序可完成所有连杆颈的加工。当加工完曲轴的主轴颈、连杆颈、及两侧面腹板后，可松开曲轴卡持机构。 

曲轴卡持、移动测量部件作业时状态：当分度定位机构及锁紧机构定位锁紧后，由曲轴卡持机构进行曲轴的主轴颈卡持固定。这样在曲轴的主轴径中心移动后可以使某一个连杆颈中心与机床的主轴中心同心，当机床主轴旋转后可驱动该连杆颈中心与机床主轴中心同心旋转，进而与床鞍刀架配合进行该连杆颈及其 两侧腹板的加工。数显游标深度尺能够精确地将连杆颈的中心调至与机床主轴同心，将数显游标深度尺的定尺安装在卡具体1上，滑板2上安装有定位块9，在摇动丝杠12时，滑板2向上运动，滑板2运动时通过侧面安装的定位块9带动卡具体1上安装的数显游标深度尺6的动尺向上运动，进而读取滑板2移动数值，得到滑板移动产生的偏心距，精确度可达0.02mm(当滑板向下运动时动尺需要手动向下推动，从而使动尺与定位块9贴近，显示数值)。而一般曲轴类零件的该偏心距公差一般在0.1mm左右。因此该结构可大大节省调整时间的前提下提高定位精度。 

关于本卡具作业时曲轴偏心距的移动定位使用说明：鉴于不同规格不同系列的曲轴具有不同的偏心距，为了使本卡具可适应有不同偏心距的曲轴的连杆颈的加工，必须使本卡具卡持的主轴颈可移动。通过安装在卡具体1上的偏心距移动及定位机构带动曲轴沿着卡具体1上的滑槽带动曲轴上下移动，上述工作需要在左右卡具上分序按步骤进行，完成上述步骤后因经过偏心移动，此时曲轴及卡具已经不在机床主轴的回转中心。为了防止偏心旋转影响工件的加工精度及机床的使用寿命，应进行曲轴配重环节，此时需要同时调整偏心配重机构，见图2。若干个配重盘28的数量以及位置可以通过在solidworks软件中对卡具、工件、配重盘进行三维实体建模，计算重量及重心确定配重是否符合要求(该功能为solidworks软件的标准功能，在此不作详述)，但鉴于理论计算与实际的误差，增加了丝杆传动件21以及丝母3进行调整。 

关于曲轴分度的回转及锁紧：分度盘22根据被加工曲轴“拐数”的不同，分别加工了有相应的定位孔的分度盘，加工不同拐数的曲轴时，只需更换相应定位孔的分度盘，其他零件全部通用。 

在分度过程中蜗轮蜗杆副并不仅仅起到旋转分度的作用，蜗杆14采用的是双导程蜗杆(双导程蜗杆自身的结构特点决定了在装配过程中通过蜗杆自身做轴向调整即可消除与蜗轮间的传动间隙，在此不作详细介绍)，通过双导程蜗杆的作用实现了蜗轮蜗杆的无间隙传动。 

Claims (6)

1.一种曲轴专用的车削卡具装置，包括左、右卡具，其特征在于左右卡具分别对称安装在车床的左右旋转中心上，左右卡具结构基本相同，每个卡具由卡具体、偏心距移动及定位机构、连杆颈分度定位及锁紧机构、曲轴卡持机构、偏心配重机构组成，唯一区别是右卡具没有蜗轮蜗杆分度机构；偏心距移动及定位机构通过丝杠支撑机构把滑板安装在卡具体上，滑板两侧的压板，使滑板定位；滑板上还有位置测量装置的数显游标深度尺、锁紧螺钉机构，对移动后的滑板进行精确锁紧定位；滑板圆台内安装有连杆颈分度定位及锁紧机构，蜗轮固定在鼓轮上，分度盘上面的转盘通过定位销与鼓轮固定，通过蜗杆驱动蜗轮围绕滑板上加工好的旋转中心孔的旋转最终实现工件的旋转、定位以及固定锁紧；曲轴卡持机构安装在滑板圆台端口、连杆颈分度定位及锁紧机构上面，卡盘体、卡爪安装在转盘的旋转中心上，在卡紧工件的同时可围绕旋转中心孔分度旋转；卡具体的下半部安装偏心配重机构，通过丝杆传动件的运动带动一组配重盘移动，调整配重盘中配重块的位置及重量，实现整个旋转体系的旋转平衡。 

2.根据权利要求1所述的曲轴专用的车削卡具装置，其特征在于安装在主轴箱旋转中心上的左卡具结构为：连杆颈分度定位及锁紧机构安装在滑板(2)圆台内的旋转中心上，支座(18)通过螺钉及滑板(2)的定位孔安装固定到滑板(2)圆台大孔内，筒状的支座(18)上通过轴承支撑装置(19)安装鼓轮(20)，外压盖(29)和内压盖(30)定位在支座(18)外端；鼓轮(20)外周对称安装一对带手柄的蜗杆(14)，蜗轮(15)；蜗轮(15)固定在鼓轮(20)上，鼓轮(20)上有若干定位销(35)，使插销(26)可以准确地与分度盘(22)上的定位孔定位；鼓轮(20)外周安装两个抱瓦(36)、两个导向销(37)、锁紧杆(38)；分度盘(22)安装在滑板(2)凸台外周上，为固定元件；在转盘(34)与分度盘(22)的定位孔同直径的部位，由定位法兰(23)及插销机构锁紧；外压盖(29)和分度盘(22)上面通过定位销(35)将转盘(34)与鼓轮(20)固定；安装在夹具体(1)下部的偏心配重机构(5)，有若干个配重块为一组的配重盘(28)，通过丝杆传动件(21)，包括丝杆及其支座、轴承及螺母(3)把配重盘(28)安装在夹具体(1)上，丝杆传动件(21)与螺母(3)的运动带动配重盘(28)移动，调整配重盘(28)中配重块的位置，同时通过不同配重块的叠加调整配重重量，最终实现整个旋转体系的旋转平衡。 

3.根据权利要求1所述的曲轴专用的车削卡具装置，其特征在于卡具体(1)的形状为：卡具体(1)圆盘体的圆心有定位孔(17)、定位孔(17)孔周至一侧半径是多个矩形凹槽以减重、其凹槽两侧各有一个贯穿直径的倒T型槽，左侧的倒T型槽外部为精密加工的L型凸面，作为滑板(2)的导向槽；剩余凹面部分是为减少加工面积，矩形凹槽端有径向孔，矩形凹槽的径向另半部，加工凹槽作为滑板用丝杠的安装基面，所述L型凸面和凹槽上都有螺孔。 

4.根据权利要求1所述的曲轴专用的车削卡具装置，其特征在于滑板(2)形状为：矩形板底面一侧加工凸台，凸台可与卡具体(1)上的导向槽精确配合，滑板(2)另一侧矩形板正面有大圆台，圆台内底部圆心有旋转中心孔(16)，圆台内圆壁为大回转孔(10)。 

5.根据权利要求1所述的曲轴专用的车削卡具装置，其特征在于卡爪(33)采用软爪，便于自车；卡具安装完成后自车卡爪(33)，以保证卡爪卡持不同直径的主轴径，与工件的结合面紧密贴合，并保证四个卡爪移动过程中也可保持同心。 

6.根据权利要求1所述的曲轴专用的车削卡具装置，其特征在于起曲轴分度回转及锁紧作用的分度盘(22)的结构为：分度盘(22)为环状，在分度盘(22)圆周方向上均匀分布有若干定位孔，定位孔的数量是根据曲轴分度的角度不同而确定；5个定位孔的分度盘(22)，以分度盘圆心为中心按72度分度、有8个定位孔的分度盘(22)，适用于4拐或8拐曲轴加工，定位孔以分度盘圆心为中心按45度分度；分度盘(22)9拐用的有9个均匀定位孔、分度盘(22)7拐用的有7个均匀定位孔。