曲轴加工中的车床配重计算

宋春兰，李广娟，田理中，刘 华

（江苏省徐州锻压机床厂集团有限公司，江苏 徐州 221116）

机械加工过程中，偏心回转体零件的加工非常普遍，因车床工件做圆周运动，质量的偏心会产生离心力。当工件重心与车床卡盘的回转中心不重合时，在旋转状态下就会产生一定的不平衡力，在不平衡力的作用下，加工过程中工件会产生振动，直接影响加工精度，当精加工转速较高时，很可能造成事故，因此偏心回转体的加工过程中，车床配重是非常重要的环节。配重计算即计算配重块的两个参数：位置及质量，位置主要根据车床卡盘参数及待加工零件的具体尺寸综合决定，以不干涉为原则；质量则用软件进行模拟计算。本文将以偏心曲轴为例进行详细介绍，供行业同仁参考。

1 确定配重位置

配重位置主要根据车床卡盘参数及加工零件的具体尺寸综合决定。配重块之间、配重块与卡爪、配重块与零件均不得干涉。配重块通过卡盘上T型槽固定，因此T型槽位置也是必须要了解的。为确保配重块位置的合理、实用，计算配重之前需确定以下四个参数：①车床型号、卡盘直径；②卡盘上T型槽尺寸及T型槽位置分布；③卡爪尺寸及位置分布；④待加工零件的尺寸。

2 在SolidWorks中建模

以图1中偏心轴颈A加工为例，建模时首先确定A外圆中心（XY坐标）与坐标原点重合，即重心与坐标原点重合，Z坐标为A外圆长度方向坐标。其次因是毛坯加工，应按毛坯图建模。零件密度正确配置，保证模型重量与实际零件重量相符。

图1 偏心轴颈加工

3 配重质量计算

模型建好后，通过软件的质量特性选项可直接计算出零件的重心坐标值，对应视图窗口中即图中小球所在位置，如图2所示。对曲轴重心进行分析，因曲轴是轴向对称零件，因此重心X坐标与零件中心重合，根据图2质量特性对话框可以看出Y坐标与零件中心相差74.411。根据力矩平衡原理，配重块位置应在重心与坐标原点连线的延长线上，方向与重心坐标相反。根据卡盘尺寸及T型槽位置确定配重块中心距坐标原点的Y方向距离设为Lp，假设配重块质量为Mp。

图2 零件质量特性

Mp=（零件质量×重心Y坐标）/Lp

根据以上公式，假设Lp=300，即算得Mp=154.672。建立质量为154.672的圆柱体模型进行装配，并通过对装配体进行重心计算，如图3所示，可看到重心与坐标原点基本重合，即配重计算正确。

图3 装配体质量特性

车曲轴其他轴颈时，配重计算方法同上，只需将待加工轴颈中心与坐标原点重合，按上述步骤计算即可。

4 实际应用

当曲轴偏心较大时，所需配重较重，体积较大，配重块往往需要分开布置。布置配重块时需注意以下几点：

（1）为方便操作人员安装，配重块不宜太重。

（2）因零件是毛坯，与所建模型重量及重心不可能完全相符，计算的配重Mp只能是一个接近的数值。因此，配重块需设计成几种大小不同的规格，方便调节。

（3）根据上述Mp计算公式可以看出，Lp越大，配重质量越小，从节约成本的角度考虑，Lp尽可能大一些，但需确保安全。

（4）配重块高度不宜过高，以防高速旋转时T型槽螺钉拉断。

（5）配重效果应达到翻转曲轴时，曲轴能够在任意位置停转。

（6）当配重较重，圆柱型配重块不能满足要求时，可使用扇形配重块，但扇形配重块重心不好确定，最好利用三维软件进行模拟。

5 结论

通过以上方法计算的配重基本能够满足使用要求，已在本厂进行了推广使用。其他偏心回转体零件的加工均可参照此法进行计算。

[1] 梁化春.曲轴偏心轴颈加工工艺方案探讨[J].锻压装备与制造技术，2009，44（1）.

[2] 马永红.利用Solidworks软件为数控重型车床卡盘添加配重做平衡试验[J].金属加工（冷加工），2011，（19）.

[3] 林俊峰.双拐曲轴内高压成形过程的有限元分析[J].锻压装备与制造技术，2005，40（4）.