曲轴主要由曲轴前端、主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡块、曲轴后端等组成，其主要作用是将活塞连杆组传递来的气体压力转变为转矩对外输出，并可以驱动内燃机的配气机构及各种其它附件。曲轴的工作环境和受力状况十分复杂，工作时承受周期性变化的气体压力、离心力以及惯性力等复合作用，因此，在加工制造中，对曲轴各个部分的尺寸精度、位置精度以及表面粗糙度有较高要求。

1曲轴零件加工工艺分析

(1)零件技术要求分析

如图1所示，该工件加工要素较多：车削φ28mm、φ50mm、φ42mm外圆以及C1、C2倒角和R1、R5圆弧；钻削φ6斜油孔、φ4连杆轴颈30°斜孔和φ25孔；铣削曲柄侧面、连杆轴颈、左端面和右端面；磨削φ70圆柱面；攻丝2×G1/2；各倒角处有角度要求，各倒圆角处有尺寸要求，未标注圆角半径的一律为3mm；零件左端面为长度方向设计和加工的基准；部分表面质量要求较高；毛坯要经过正火处理来增强其硬度，提高塑性和韧性；锥行规涂色检查锥面，确定密合面大于70%。根据分析得知：该零件较为复杂，包含车削、铣削、钻削及攻丝等工序，为保证加工精度、提高加工效率，必须合理拟定加工工艺并设计专用夹具。根据曲轴的结构特点，采用基准统一原则保证各轴颈的同轴度要求，即采用顶尖孔作为定位基准粗、精加工各主轴颈。当对φ65连杆轴颈进行粗、精加工时采用两个φ70主轴颈作为定位基准。

图1曲轴零件

为减少装夹次数，避免多次装夹造成效率低、精度差的问题，主要加工设备选用车削中心。选择加工方法应考虑各加工方法的特点、加工精度、表面粗糙度及各种加工方法的经济性。综合各种因素考虑的表面加工方法如表1所示。

表1表面加工方法

(2)拟定工艺路线

现按照“基准先行”、“先粗后精”、“先主后次”等基本原则，初步拟定工艺过程方案如下：

铸造/正火/车端面、打中心孔/粗车曲柄R96的外圆及侧面/粗车长轴端外圆及端面/粗车锥面1:10/粗车短轴端外圆及端面/半精车短轴端外圆及端面/半精车短轴端外圆及端面/半精车长轴端外圆及端面/精车短轴端外圆及端面/铣曲柄侧面/铣连杆轴颈/钻2×φ25孔/攻2×G1/2″螺纹/钻斜油孔2×φ6/钻连杆轴颈30度斜孔φ4/检验/表面淬火/粗磨主轴颈/铣长轴端键槽/铣长轴端键槽/磨锥面1:10/粗磨连杆轴颈/精磨连杆轴颈/精磨主轴颈/车退刀槽/车螺纹M42×2/去毛刺/检验/清理、油封、入库

2铣键槽夹具设计

(1)设计分析

设计工序铣12×40mm键槽的铣键槽夹具时需要限制工件6个自由度。在进行铣键槽加工时，曲轴的长轴颈已经加工完成，所以，加工时选择曲轴两端面的中心线作为主要定位基准面，采用两个V型块定位限制工件X轴和Z轴的移动和转动，采用夹紧轴在曲轴的右端面限制Y轴的移动，在连杆轴颈处采用定位块限制Y轴的转动。这样的定位方式可使工件的6个自由度被完全限制，此时曲轴属于完全定位，定位方案可行。所以夹具的定位元件为V型块，夹紧元件为可调支撑和压板。

图2定位元件

定位元件如图2所示，因宽V型块灵活性差，且加工元件时耗时较长，加工工艺复杂以及耗费材料，采用两块窄V型块代替宽V型块，两块窄V型块作用与宽V型块一致。

夹紧元件如图3所示，所设计的夹紧元件满足夹紧装置的设计原则，结构相对简单，便于加工，操作方便，使用性能较好，能保证足够的夹紧行程。此夹紧元件的动力源为手动夹紧，使用者利用扳手调节支撑上的螺母，控制压板的高低，从而改变压紧力的大小。

图3夹紧元件

(2)铣键槽夹具设计

根据以上分析，设计如图4所示铣键槽夹具。将两个V型块、定位块及支撑块利用螺栓固定在夹具体上，然后将夹具体通过T型块固定在工作台的导轨T型槽中，将曲轴的两个φ70主轴颈放置在V型块上(曲轴在X轴和Z轴上的移动和转动被限制)，连颈轴与定位块接触(曲轴在Y轴上的转动被限制)，旋转夹紧轴的顶端，使夹紧轴的顶尖部分与曲轴的顶尖孔紧密接触(曲轴在Y轴上的移动被限制)，将两块压板压在曲轴的φ70主轴颈上，通过拧紧螺钉将曲轴控制在夹具体上。拆卸时松开两块压板上的螺钉，将压板旋转一定的角度，旋出夹紧轴，取出曲轴即可(见图5)，此夹具结构简单，拆装方便，大大提高了定位精度和零件加工效率。

1.左V型块2.曲轴3.底板4.定位块5.螺钉6.压板7.右V型块8.垫圈9.螺栓10.支撑杆11.支撑板12.夹紧轴

图4铣键槽夹具

图5夹具实物图

小结

通过研究曲轴零件的技术要求、加工方法以及加工工艺方案，为同类复杂零件的加工提供了一定参考。所设计的工序铣键槽夹具操作方便，加工精度高。

原载《工具技术》作者：李洪伟