发动机连杆夹具的设计

白铎生

今后数控机床用夹具以及其他工艺过程应用的夹具都将朝着柔性化、自动化以及智能化方向发展。本文介绍了现代夹具的特点，并结合实例介绍了连杆夹具的设计及应用。
        随着现代机械制造业尤其汽车制造业的迅猛发展以及市场竞争的日益激烈，产品更新换代日趋频繁，产品更新的周期将越来越短，多品种、小批量的柔性生产将成为主流生产模式，加工工艺也已从过去的分散迈向今天高度的集中。数控机床的研发也顺应了这一发展方向，从单台数控机床的应用逐渐发展到加工中心、柔性制造单元和柔性制造系统。显然，今后夹具的主流方向，即数控机床用夹具以及其他工艺过程应用的夹具。也将朝着柔性化、自动化以及智能化方向发展。
        现代夹具特点及发展趋势
        1.夹具柔性化
        （1）夹具元件多功能模块化 未来，能单独使用也能与其他元件组合在一起使用的多功能模块化单元体的比例将进一步增加。如现在使用的各种定位夹紧座、定位压紧支承以及精密虎钳等模块式单元体具有定位、夹紧以及调节的综合功能，可以一件单独使用，也可以几件组装在一起使用；T形基础和方箱能组装成一次夹装多件相同或不相同的工件的夹具，使用这种夹具可以减少机床的停机时间，最大限度发挥数控、加工中心机床的高效性能。
        （2）专用夹具、组合夹具一体化 现代化加工设备的多功能化，使工艺过程高度集中、工件一次定位装夹后能完成多工序加工，这就需要一种通用而又能重复使用的组合可调式的夹具系统。它是由一系列统一化、标准化的元件和合件组成，利用这些元件、合件组装成各种不同形式、不同结构和可重复使用的夹具，供单件或中小批量生产使用。这种夹具系统保留了组合夹具的各种优点，组装又像专用夹具那样简单可靠。为了便于夹具与机床定位连接，夹具基体有统一标准的定位连接位置，使之专用、组合夹具向着一体化、组合化方向发展，以满足现代化加工设备的需要。

       

发动机连杆夹具的设计

        2.夹具自动化和智能化
        随着蓝领工人工资的不断提高和减轻体力劳动的要求，以及在品种增多、批量减少的生产方式下，夹具向自动化方向发展。特别是在由数控机床和加工中心组成的生产线中，过去分散的工序越来越集中，五面加工中心的出现更希望在一次安装下将中等复杂零件全部加工完毕。因此，从一个面的加工改换到加工另一个面时，刀具很容易与定位或夹紧装置发生冲突，就有必要在加工一个工步后将压板或定位支承自动移开，而由另一些压板和辅助支承压紧和定位，这都需要夹具在加工过程中自动来完成。此外，数控机床和加工中心的工作台空间都受封闭加工的限制，复杂的加工过程中容易产生意外，为了保证安全生产和零件的加工质量，通常在夹具上设置有工件定位气检以及夹具的夹紧力监控等保护功能，在紧急情况下能够感知而避免事故发生，这就产生了对智能化夹具的需求。
        　　
连杆加工的夹具设计及应用
        随着数控机床制造技术的提高，四轴、五轴机床的普遍应用，连杆加工由过去分散的工序集中在少数几道工序中完成，每道工序加工内容增多，工艺路线变短。其主要特点是：可以采用高效机床和工艺装备，生产率高；减少了设备数量以及操作工人人数和占地面积，节省人力、物力； 减少了工件安装次数，利于保证表面间的位置精度； 采用的工装设备结构复杂，调整维修较困难。
        本文以连杆粗加工为例介绍夹具的设计思路。

       

发动机连杆夹具的设计

        1.加工内容
        由连杆双端面粗磨工序后开始，完成连杆大头孔粗加工及两端面孔口倒角、小头底孔精加工及两端面孔口倒角、大头两侧面加工、两螺栓安装座面、螺栓背面沉孔以及两螺纹孔等加工内容，如图1所示。
        2.夹具设计思路
        采用液压夹紧方式，配备A轴转台，工件一次装夹，实现设计要求。
        3.定位基准
        连杆粗加工普遍采用端面、小头外圆和一侧面定位，从而限制工件的6个自由度。夹紧位置通常和定位点位置相对应，以减少因定位和夹紧位置不一致产生力矩而引起的工件变形。
        4.通过气检连杆定位面大头处的定位凸台，识别连杆是否放反，如放反则自动报警。
        5.在大头端面定位面3个定位点处设置了气密检测功能，如连杆未放到位，机床自动报警。
        6.夹具主要采用组合形式和模块设计
        定位块和夹具体之间通过螺栓连接，中间均设有调整垫片，方便夹具的调整。当夹具磨损时更换不同厚度的调整垫片即可；压紧点和压紧板组合而成，当压紧点磨损，仅更换压紧点即可；小头V型块通过两螺栓孔定位，在X、Y和Z方向可通过更换不同厚度的垫片来调整位置。
        7.产品更新的适应性
        当连杆小头孔径、中心距或厚度变化时，只需切换小头V型块、端面定位块、夹紧块及大头顶紧块等少量夹具元件就可满足新产品加工要求。
        图2中标注了检测装置与调整垫片在设计草图中的实际位置，图3所示为夹具的实物。