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          大連船用柴油機(jī)有限公司
                欒金華 趙 濤 衣莎
 
 
  摘要： 船用主機(jī)連桿是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要運(yùn)動(dòng)部件，車削裝夾工藝的開(kāi)發(fā)著重研究了車削裝夾對(duì)于加工質(zhì)量、工藝改進(jìn)、人工、物耗的影響。結(jié)果表明：通過(guò)對(duì)車削裝夾策略的不斷優(yōu)化，無(wú)論對(duì)車削質(zhì)量的提供，加工工藝的可控性，以及對(duì)生產(chǎn)成本及耗材的控制方面都產(chǎn)生了非常積極的影響。
關(guān)鍵詞：船用主機(jī)、連桿；車削加工；裝夾；質(zhì)量
 

       船用主機(jī)連桿，是將活塞上產(chǎn)生的壓力及慣性力傳遞給曲軸。作為主機(jī)動(dòng)力的重要傳遞部件，連桿無(wú)論在材料選擇及機(jī)械加工方面都提出了嚴(yán)格的要求。在具體的加工中，因其工件體積大、質(zhì)量重，針對(duì)于車削加工的裝夾方法的適用性及效率、成本都提出了較大的挑戰(zhàn)。本文主要通過(guò)影響工件找正及裝夾工藝及效率的分析，論述了裝夾方式對(duì)加工效率及質(zhì)量影響的主要原因，并提出了解決這一問(wèn)題主要技術(shù)方案。
 
1  早期裝夾工藝
       連桿車削加工的裝夾方法，通常采用的是“一夾一頂”的傳統(tǒng)的裝夾方式，這種方法是經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的典型的裝夾工藝，它能保證較好的加工質(zhì)量，以及安全性要求。但是該法方法對(duì)于不同種的工件有著不同的要求，特別是卡盤(pán)方向，如果有比較規(guī)則外圓的工件，可以直接利用卡爪對(duì)工件進(jìn)行直接夾壓，尾部可直接頂尖頂固。但是船用主機(jī)連桿（曲軸端）有扁平結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具且中間部位鏤空，無(wú)法使用卡爪，導(dǎo)致工件無(wú)法直接利用卡盤(pán)進(jìn)行裝夾，如圖1所示：
             
                                             

                                  圖1  船用連桿加工圖
       連桿工件外形不利于卡盤(pán)爪直接夾壓，導(dǎo)致夾壓不穩(wěn)，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。早期的連桿車削裝夾工藝采用的是“胎具固定”法，即設(shè)計(jì)并制造相關(guān)專用胎具，將該胎具與連桿固定后，整體置于機(jī)床裝夾，卡盤(pán)端卡爪夾固胎具，進(jìn)而通過(guò)胎具對(duì)連桿整體進(jìn)行夾固。該裝夾工藝，無(wú)論從裝夾安全角度出發(fā)，以及車削力的抵消方面，都可達(dá)到預(yù)期要求，具體裝夾示意圖，如圖2所示：
             
                                            

                                  圖2  早期連桿裝夾示意圖
       根據(jù)圖2所示的連桿裝夾示意圖，該種裝夾方法雖然能滿足裝夾的最基本的安全及夾緊力方法的要求，但經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)用，所反應(yīng)出的具體問(wèn)題還是比較突出的。首先，該胎具在設(shè)計(jì)上雖然滿足了安全性及剛性的要求，但沒(méi)有考慮到該胎具質(zhì)量大，體積大，單人無(wú)法獨(dú)立完成其安裝及拆卸，需要兩名操作者，并借助吊車才能完成胎具的安裝工作，耗時(shí)，耗力，耗物，整體效率不高。另外，該胎具在與工件的定位及連接需要前期連桿本體的工藝孔進(jìn)行物理結(jié)構(gòu)的支持，即連桿與胎具連接面需要事先加工出滿足尺寸及粗糙度要求的工藝孔，該孔需要仔細(xì)計(jì)算，必須為最終成品孔留足加工余量的前提下，還必須保證定位銷孔與螺紋底孔的同軸度要求，這對(duì)于事先的工藝計(jì)算及鏜床的加工精度要求都是比較高的，同樣對(duì)于胎具定位銷孔的加工精度及形位要求也是等同的，該裝夾方法對(duì)于工藝孔及定位胎具的加工精度要求是超出實(shí)際預(yù)想的，需要進(jìn)行較多的工藝干預(yù)及加工裝備，并且對(duì)于每種機(jī)型的連桿都需要制造該機(jī)型連桿所專用的胎具、定位銷孔，以及相應(yīng)的工藝孔加工規(guī)范，整體過(guò)程過(guò)于繁瑣，并且對(duì)輔助工序依賴程序較大，雖然滿足了基本的裝夾及切削要求，但該裝夾方法由于上述兩方法的局限性，無(wú)論在加工的整體效率及加成本控制的方法，都未能達(dá)到預(yù)期的理想效果。
 
2  裝夾工藝的創(chuàng)新開(kāi)發(fā)
       采用傳統(tǒng)的定位胎具進(jìn)行車床加工的裝夾，雖然滿足了基本的加工要求，但在效率、加工成本的控制，以及人工勞動(dòng)強(qiáng)度的側(cè)重力度還是不夠的，難以擺脫缺點(diǎn)，無(wú)法體現(xiàn)裝夾工藝的優(yōu)點(diǎn)。所以需要對(duì)裝夾工藝進(jìn)行創(chuàng)新式開(kāi)發(fā)。根據(jù)以往對(duì)早期裝夾工藝的實(shí)際使用效果進(jìn)行了分析，我們意識(shí)到，以往的裝夾胎具，體積大，重量大，需涉及輔助安裝設(shè)備，并且無(wú)法單人完成，并且對(duì)工件及胎具的工藝孔有嚴(yán)格的尺寸及形位公差要求，實(shí)際操作加工質(zhì)量比較困難，人為的增加了加工成本，這都是以往裝夾方工存在的不足之處。針對(duì)這些實(shí)際產(chǎn)生的問(wèn)題，我們需要開(kāi)發(fā)出一整套全新的裝夾工藝，它必須滿足：重量輕，體積小，易于安裝，無(wú)需額外的工藝孔加工要求?；谏鲜隼碚?，我們制定了相關(guān)的方案：即將以往笨重的定位胎具完全摒棄掉，而用結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單、輕便的焊接夾胎，上、下各一個(gè)安裝在對(duì)稱卡爪上面，通過(guò)夾胎將連桿曲柄銷端已經(jīng)粗銑的扁部位夾緊，另外兩點(diǎn)卡爪撐緊工件瓦孔，軸向方面可以利用為鏜床工序預(yù)留的裝夾孔，安裝簡(jiǎn)易的定位塊進(jìn)行軸向固定，如圖3 所示：
                   
                                          

                               圖3  新型連桿裝夾裝置想像圖
       從上圖中，可以看到，在保證整體剛性及強(qiáng)度的前提下，我們采用了材料及成本更為普及成本更為低廉的普通鑄鋼材料，該材料不但滿足了我們所需要的機(jī)械性能，并且具有很好的焊接性，為我們的備料及相關(guān)胎具的定型工作提供了很大的選擇空間，并且制造起來(lái)也比較簡(jiǎn)單，快捷，夾胎的制造工差及形位公差要求極低，有較強(qiáng)的寬容度。
       該夾胎在設(shè)計(jì)定型時(shí)，優(yōu)點(diǎn)還在于它可以根據(jù)主機(jī)連桿尺寸相近的范圍內(nèi)，可以只制造一種夾胎即可滿足2-3種的主機(jī)連桿車削裝夾要求，展現(xiàn)了很好的兼容性及經(jīng)濟(jì)性。
                   
                                      

                              圖4  新型連桿裝夾裝置實(shí)際工作圖
       通過(guò)新型夾胎，很好的解決了工件徑向裝夾的約束要求，那么為了解決裝夾中軸向的約束，我們利用上道工序中，為鏜床留下了裝夾工藝孔，設(shè)計(jì)了一組階梯軸墊，該軸墊裝入工藝孔中，另一端頂壓在卡盤(pán)面上，通過(guò)尾座的頂尖壓力，使整個(gè)工件頂靠在卡盤(pán)上，很好的解決了工件裝夾軸向的約束問(wèn)題。
       該新型夾胎設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，便于制造，輕巧簡(jiǎn)便，只有一名操作者在吊車的配合下，即可一次完成一臺(tái)主機(jī)連桿（6-7根）的夾胎安裝工作，裝夾效率大大提升，而且擺脫了工藝孔及定位銷的依賴，在整體的加工工藝中可以減輕上道工序的大量工作?？梢哉f(shuō)新型夾胎無(wú)論在制造成本、裝夾效率、還是整體的工藝成本控制方面都有著很好的提升與進(jìn)步。
 
3  裝夾裝置的深入改進(jìn)策略
       經(jīng)過(guò)對(duì)該新型夾具的實(shí)際使用情況跟蹤，我們發(fā)現(xiàn)：雖然新開(kāi)發(fā)的夾具很好的解決了夾胎裝置的輕量化等問(wèn)題，但是在軸向方面的定位塊不能很好的約束工件軸向力，導(dǎo)致加工質(zhì)量不穩(wěn)定。
       根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)裝夾裝配的進(jìn)一步研究分析，我們發(fā)現(xiàn)由于上道工序中，在加工鏜床預(yù)留裝夾工藝孔時(shí)，并未將連桿曲柄銷端端面進(jìn)行銑平加工，致使工件被頂緊后軸墊出現(xiàn)偏置，即一面接觸到卡盤(pán)面，另一面出現(xiàn)懸空現(xiàn)象，導(dǎo)致兩個(gè)約束軸的形位公差不達(dá)標(biāo)，，進(jìn)而影響連桿整體的車削加工質(zhì)量。
       鑒于此原因，我們認(rèn)為，兩處約束軸向力的方法存在缺點(diǎn)，且過(guò)于依賴上道工序，沒(méi)有根本上解決整體裝夾的通用性與寬容度要求，有必要完全拋開(kāi)對(duì)于工藝面和工藝孔的依賴，從而徹底掌握裝夾的主動(dòng)性。我們認(rèn)為：軸類件中，單點(diǎn)定位好于兩點(diǎn)或多點(diǎn)定位，因?yàn)槎帱c(diǎn)定位會(huì)產(chǎn)生很多的不確定因素，甚至?xí)构ぜa(chǎn)生過(guò)定位，影響工件的整體切削質(zhì)量。
       于是我們考慮將軸向約束力有兩點(diǎn)改為單點(diǎn)，即制作一個(gè)頂桿，頭部為圓弧形設(shè)計(jì)，置定于卡盤(pán)中心，裝夾工件時(shí)圓弧部分頂于連桿瓦孔內(nèi)壁，與尾座頂尖力組合成工件的軸向約束條件。至此，整體的優(yōu)化策略完成，下圖為該改進(jìn)策略的具體實(shí)際應(yīng)用情況：
               
                 

                                                   圖5  裝夾裝置改進(jìn)后實(shí)際工作圖
 
 
4 結(jié)論
       船用連桿中的車削裝夾工藝性直接影響連桿車削裝夾的整體質(zhì)量。我們通過(guò)自主研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造及改進(jìn)，形成了一整套科學(xué)有效的裝夾工藝及裝置，不僅解決了裝夾的實(shí)際性需求，也減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，在保證整體加工質(zhì)量的同時(shí)，也提高了加工效率，大大降低了生產(chǎn)成本。
 
 
 
參   考   文   獻(xiàn)
 
[1] 鄂中凱，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，新版.機(jī)械工業(yè)出版社，2006
[2] 曾正明，機(jī)械工程材料手刪（金屬材料），機(jī)械工業(yè)出版社，2005.6
[3] 樊鐵鑌、李振加、劉玉福、李德森，重型切削實(shí)用技術(shù)手刪，機(jī)械工業(yè)出版社，199