偏心齿轮轴专用夹具设计*

朱敏红

(江海职业技术学院，江苏 扬州 225101)

1 引 言

在机械传动中，回转运动变为往复直线运动或往复直线运动变为回转运动，一般是利用偏心零件来完成。例如车床床头箱用偏心工件带动的润滑泵，汽车发动机中的曲轴等。偏心工件就是零件的外圆和外圆或外圆与内孔的轴线平行而不相重合，偏一个距离的工件。这两条平行轴线之间的距离称为偏心距。外圆与外圆偏心的零件叫做偏心轴或偏心盘；外圆与内孔偏心的零件叫偏心套。

车床加工零件时，工件绕某一固定轴线回转，各表面具有同一的回转轴线，故易于保证加工面间同轴度的要求。偏心轴类的零件由于具有不同的回转轴线，加工的过程中，由于偏心的存在，就要绕各自的回转中心车削[1]。就车床的传动原理和使用范围而言，普通车床只能加工同心轴，而没有加工偏心轴的功能，欲在普通车床上加工偏心轴，必须采用特定的装夹工具和手段。车削偏心的基本原理是将所有加工偏心部分的轴线找正到与车床主轴线重合，但应根据工件的数量、形状、偏心距的大小和精度要求相应地采用不同的装夹方法。

2 通用夹具车偏心轴工艺分析

根据偏心轴的特点，在车床上用通用夹具车削偏心轴的方法有以下几种。

2.1 在三爪卡盘上车偏心轴

对于数量少、精度不高、偏心距小、长度较短的偏心工件宜采用三爪自定心卡盘加垫片的方式车削[2]。先把偏心工件中的非偏心部分的外圆车好，随后在卡盘任意一个卡爪与工件接处面之间，垫上一块预先选好厚度的垫片，经校正母线与偏心距，并把工件夹紧后，即可车削,如图1所示。

图1 三爪自定心卡盘加垫片法

垫片厚度可按公式计算：

x=1.5e+k

k=1.5 Δe

Δe=|e-e′|

式中:x为垫片厚度；e为工件偏心距；e′为试车后实测工件偏心距；k为修正系数；Δe为试车后偏心距的误差值。

三爪车削法加工偏心工件类工件，找正偏心工件类工件轴线平行度时, 必须找正最高侧面母线或最低侧母线与主轴轴线平行, 费时费工又不一定取得很好的效果，在实测偏心距时, 百分表最高侧母线与最低侧母线之间的读数差的一半即是偏心距, 也就是说百分表触及最高侧母线和最低侧母线的位置误差直接影响偏心距的测量精度, 从而直接影响工件的加工精度， 卸下工件再次安装时卡盘精度和人为安装因素也直接影响工件的加工精度, 很难保证工件精度和互换性。

三爪自定心卡盘加垫法加工出来的偏心轴质量较差且不稳定，偏心轴的偏心量e的尺寸精度以及两轴中心线的平行度难于保证，与操作者操作能力的高低有很大关系，易出废品，而且需要试车、测量、计算后才能确定最终的垫片厚度，花费的准备时间较长，成本较高。因此，三爪自定心卡盘加垫法只适宜单件生产时采用。

2.2 在两顶尖间车偏心轴

一般的偏心轴只要两端面能钻中心孔，有鸡心夹头的装夹位置，就可以使用两顶尖车偏心的方法。两顶尖间加工偏心轴与车一般外圆类似，只是两顶尖顶在偏心中心孔中加工，如图2所示。

图2 两顶尖间车偏心轴

两顶尖间车偏心轴的工艺方法是：备料后，在镗床铣两端面钻中心孔并根据图纸的偏心量钻偏置中心孔，保证两端面偏置中心孔在同一方向的同一位置。车同心外圆时，三爪卡盘夹轴一端，轴另一端顶中心孔车削；车偏心外圆时，三爪卡盘夹一顶尖，顶轴一端偏置中心孔，轴另一端顶中心孔车削，在三爪卡盘处安装一随动装置。双顶尖方法工艺较简单，较普遍、适于单件或小批量零件的加工，成本也较低、但零件加工的精度不高，同时该方法不能加工偏心距较大的工件[3]。

2.3 四爪车削法和花盘车削法车偏心轴

四爪车削法和花盘车削法加工偏心工件类工件,适用于车削加工单件、 偏心距较大、 精度要求不高的工件。这两种方法都必须按已划好的偏心和侧母线找正，使偏心轴线与车床主轴轴线重合。要求操作者具有较强的操作技能,装夹工件有一定的难度,也能充分体现操作者的综合能力。 工件的找正、 测量偏心距麻烦、费时， 卸下工件再次安装时需重新找正、 重新测量偏心距,根本没有互换性可言。

3 专用夹具车偏心轴

在车床上用通用夹具车偏心轴，虽能完成偏心工件类零件加工的任务, 但其加工困难、效率低、互换性和精度难保证的缺陷是现代高效高精加工理念所不容的，只适用单件小批量生产。如果大批量生产偏心轴，应该设计专用夹具进行装夹，以缩短辅助时间，降低操作者劳动强度、提高偏心零件加工精度和互换性、 提高生产效率。

3.1 零件的工艺分析

图3 偏心齿轮轴

3.2 专用夹具设计

车床车削偏心轴时，偏心夹具可做成偏心套，图4为偏心车夹具的装配图。该偏心车夹具由偏心夹具体1和挡板2组成。加工时只需在车床上将偏心车夹具安装调至好，用三爪定心卡盘夹紧；将工件放置在带开口的偏心套中，然后将工件进行车削。该零件定位时采用Φ11的零件表面和端面定位 ，限制了工件的6个自由度，属于完全定位。该夹具具有制造简单,操作方便，加工精度高的特点。

图4 偏心车夹具的装配图

图6为挡板2的零件图，将该挡板与夹具体装配，在零件加工时起到轴向定位作用，限制了工件轴向的自由度。该挡板中间Φ4小孔可方便工件外圆加工完成时的工件拆卸。

图5 偏心套夹具体 图6 挡板

3.3 专用夹具工艺特点

4 结 语

利用该专用夹具实际加工生产齿轮轴零件，具有夹紧可靠、定位精度高、工件装夹方便、产品加工合格率高、使用寿命长等特点。

从实际应用效果来看，该夹具的应用大大提高了生产效率，适用于大批量的生产，并且,操作方便，能够保证较高的加工精度。该加工方案合理适用，能够满足该零件的加工要求，具有使用和推广价值。该工装能够保证加工的精度，适合批量生产，具有技术创新性。

参考文献：

[1] 吕建军．车削偏心工件的通用夹具[J]．工艺装备，2001(2)：39-40．

[2] 戴陆武．机床夹具设计[M]．西安：西北工业出版社，1990．

[3] 陆根奎．车工技师培训[M]．北京：机械工业出版社，2001．

[4] 连苏宁．机械制造技术[M]．西安：西安交通大学出版社，2007．