机械传动中，由回转运动变为往复运动，往往是由偏心轴和曲轴来完成的。机械的开合和缩紧也往由偏心零件来完成，可见偏心零件在机械制造中运用的非常广泛。

目前偏心件加工的工艺较为复杂，且技术水平要求较高，偏心距难以把握。以下的设计案例提供了曲轴和偏心轴的专用夹具设计思路，很好的解决了上诉加工难题。

PART 01 曲轴液压自动偏心夹具设计计

曲轴是汽车、摩托车发动机部件中最重要的零件之一，曲轴的加工精度、效率显得十分重要。目前国内曲轴加工设备落后，在加工曲轴连杆颈时多用手动偏心夹具，这种工装费时费力，工人劳动强度大，夹紧力小，且存在较大的不安全因素。如图1所示。

图1手动偏心夹具

1－前压板2－后压板3，4－螺钉

1．新型的曲轴液压自动偏心夹具

设计一种新型的曲轴液压自动偏心夹具如图2所示。该夹具为偏心距固定式单爪移动夹紧夹具，利用液压回转油缸提供动力，通过内部楔块将其转换为卡爪的径向夹紧力，实现卡爪对工件的夹紧和松开动作，工件支架和夹具基座之间通过定位销11定位后用高强度螺钉10固定，保证曲轴连杆颈轴线在机床主轴12回转中心上，机床前后主轴箱各装一套，一端夹具装有固定角度的角向定位块5，前后夹具同步夹紧工件，内部楔块角度前端为45°角后端为15°角，可实现两段式的夹紧速度，即开始夹紧时夹爪快速移动，当夹爪接近工件时会慢速移动直至夹紧工件，松开时反之。

图2曲轴液压自动偏心夹具结构

1－夹具基座2－卡爪滑座3－卡爪4－调整螺钉5－角向定位块6－半瓦

7，10－螺钉8－夹具体9－配重块11－定位销12－机床主轴头部

2．曲轴液压自动偏心夹具的结构

（1）在图2中，夹具基座1和机床主轴头部12连接、夹具体8通过定位销11定位与夹具基座1连接，并用6个M12的螺钉10固定，夹具体上的定位销孔在主轴的回转中心上，另一端半瓦6圆弧面的中心到定位销孔中心的距离就是所要加工曲轴连杆颈的偏心距。

（2）半瓦6通过螺钉7固定在夹具体的圆弧面上，半瓦的内圆弧面和法兰端面配刮，来调整曲轴的偏心距和轴向偏差。

图3曲轴液压自动偏心夹具布局示图

（3）角向定位块5安装在夹具体8的前端面上，通过调整螺钉4调节曲轴各连杆颈轴线相对主平面的对称度，保证与机床主轴轴心线的同轴度。

（4）如图4所示，卡爪滑座安装在夹具基座的导向槽内，卡爪滑座可沿导向槽径向移动，卡爪2通过导向键1和螺钉3固定在卡爪滑座上，通过夹具基座内部斜楔的轴向移动可实现卡爪对工件的夹紧和松开动作。

图4曲轴液压自动偏心夹具剖视图

3．新型曲轴液压自动偏心夹具的特点

与传统夹紧方式相比大大降低了操作工人的劳动强度，操作人员将工件靠在轴向定位面和角向定位面上，其余动作由前后液压夹具自动完成。通过实验证明，传统夹具安装工件需要大约1． 5 min，卸载工件大约40 s，该设计与研发的液压自动偏心夹具安装工件需要大约10 s，卸载工件大约8 s，提高了工件装卡效率5 倍多。同时此液压自动偏心夹具夹紧力大，工件变形小，有效提高了曲轴的加工精度。

PART 02 曲轴连杆颈磨削用液压偏心夹具设计

1．车用空压机曲轴

车用空压机曲轴（图5）是车用空压机的心脏，位于空压机连杆处，曲轴产生旋转运动，带动连杆使活塞产生往复运动，并将旋转运动转为直线运动，其主要作用是传递转矩，是连杆获得动力的动力源，因此曲轴连杆颈磨削质量的重要性不言而喻。

图5汽车空压机曲轴

传统的车用空压机曲轴磨削工艺流程如图6：

图6曲轴磨削方案图

2．改进曲轴连杆颈磨削用液压偏心夹具

曲轴连杆颈磨削用偏心夹具由回转液压缸和偏心夹具两部分组成，分别安装在数控曲轴连杆颈专用磨床头架主轴的前后轴端，头架主轴为中空结构，回转液压缸输出的高压液压油由放置在头架主轴内孔处的高压液压软管输入到偏心夹具的高压油腔内，如图7所示。

图7曲轴连杆颈磨削用偏心夹具

1－偏心夹具2－头架主轴3－高压液压软管4－液压回转油缸

（1）回转液压缸的结构如图8所示，采用了使用增压缸的增压回路。回转液压缸工作时，液压油经油口Y 2进入大液压缸5，使活塞向左移动，并经活塞6中单向阀4进入小液压缸2及薄壁套筒的环形油腔，使其充满液压油，不考虑油路压力损失的情况下，此时液压油的压力为系统压力，此压力仅能使薄壁套筒产生可以忽略不计的变形，以确保曲轴能够非常轻松地装入弹性套筒的内孔，单向阀4能够确保该处液压油不产生回流。第一次进油时整个油路中充满了气体，这时应将两排气螺塞3拧松从而把气体排出油路，然后拧紧两排气螺塞3以确保油路的密闭。

图8回转液压缸结构

1－连接法兰2－小液压缸3－排气螺塞4－单向阀5－大液压缸

6－活塞7－接近开关支架8－发信板

（2）曲轴偏心夹具的结构

图9曲轴偏心夹具结构

1－V形定位块2－轴向定位盘3－薄壁套筒4－弹性套筒5－调整垫

6－夹具体7－平衡块8－联接盘

曲轴偏心夹具（图9）依靠联接盘8固定在头架主轴前端，联接盘8上有一个定位槽，夹具体6可在联接盘的定位槽中滑动，并依靠调整垫5的厚度来确定与联接盘的偏心，从而确定与主轴轴线的偏心量，并保证联接盘和主轴的轴线重合。磨削曲轴时，将曲轴安装在弹性套筒4中，手动压下V形定位块1，依靠V形块1的自定心功能确保曲轴连杆颈的轴线与头架主轴轴线重合，曲轴正确定位后，头架主轴后端液压缸传递过来的高压使得薄壁套筒3和弹性套筒4变形而夹紧曲轴。然后将V形定位块1手动扳回原位以防止妨碍砂轮的切入磨削。调整平衡块7的重量可以确保安装曲轴后的偏心夹具的重心与磨床头架主轴轴线重合，从而避免偏心夹具旋转时因离心力过大而影响头架回转精度。

该夹具设计过程为数控曲轴连杆颈专用磨床的设计开发提供了前期技术储备，缩短了数控曲轴连杆颈专用磨床的研发周期。

PART 03 夹具的液压控制

1．常用的三爪卡盘主要组成

常用的三爪卡盘主要包括卡盘体、活动卡爪、卡爪驱动机构。其中，卡爪驱动机构又包括一个大椎齿轮和三个小锥齿轮（如图1所示）。当操作人员用伏打扳手旋转小锥齿轮时，大椎齿轮便会随之转动，其背面螺纹即带动三个卡爪同进同出（如图2所示）。三爪运动距离相等，且能够自动定心。当用扳手扳动小锥齿轮时，可换上三个反爪，以便安装更大直径的工件（如图2所示）。

图10常用卡盘工作原理

2．改进曲轴连杆颈磨削用液压偏心夹具

为解决自定心三爪卡盘加工的技术难题，现对卡盘上的其中一个卡爪（卡爪1）的形状进行改进（如图3所示）

图11

当要进行偏心调整时，把卡爪1上的螺栓旋出，松开卡爪1与平面螺纹的啮合，只有其它两个卡爪与平面螺纹啮合（如图12所示）。

图12

然后用伏打扳手旋转小锥齿轮，大锥齿轮转动，带动卡爪2和卡爪3同时向中心靠近或退出，根据卡盘体上的刻度控制其移动距离为偏心量e值（如图13所示。

图13

然后再把卡爪1重新和平面矩形螺纹啮合，用伏打扳手旋转小锥齿轮带动三个卡爪同时向中心靠近夹紧工件（如图14所示）

图14

最后旋紧螺栓固定卡爪1（如图15所示），完成了偏心调整夹紧。

图15

3．卡爪2／3移动量h与偏心量e的关系

由图16可得，卡爪2、3移动量h与轴偏心量e的关系：在直角三角形ABC中e＝h·sin30°，则e＝0．5h，即h＝2e。

图16

4．实例

将35mm×70mm的毛坯加工成如图10所示的形状和尺寸，其中e＝4mm。

图17零件图

（1）计算卡爪2、3的移动量h：h＝2e＝2×4＝8mm。

（2）加工及装夹工件过程：1）加工覫32直径段；2）把卡爪1上的螺栓旋出，松开卡爪1与平面螺纹的啮合，然后用伏打扳手旋转小锥齿轮，带动卡爪2和卡爪3同时向中心靠近8mm，然后再把卡爪1重新和平面矩形螺纹啮合，用伏打扳手旋转小锥齿轮带动三个卡爪同时向中心靠近夹紧工件，最后旋紧螺栓固定卡爪1，完成了偏心调整夹紧；3）加工22轴段。

5．结论

实践证明，通过加工偏心轴专用三爪卡盘，不仅避免了找正困难和定位不准确问题，还大大地节约了找正时间，提升了其加工效率和精度，保证了加工品质。