摘要

曲軸是發動機上的一個重要的旋轉機件，裝上連桿后，可承接活塞的上下(往復)運動變成循環運動。曲軸主要有兩個重要加工部位：主軸頸和連桿頸。主軸頸被安裝在缸體上，連桿頸與連桿大頭孔連接，連桿小頭孔與汽缸活塞連接，是一個典型的曲柄滑塊機構。發動機工作過程就是：活塞經過混合壓縮氣的燃爆，推動活塞做直線運動，并通過連桿將力傳給曲軸，由曲軸將直線運動轉變為旋轉運動。而曲軸加工的好壞將直接影響著發動機整體性能的表現。曲軸的材料是由碳素結構鋼或球墨鑄鐵制成的，有兩個重要部位：主軸頸，連桿頸。本次采用球墨鑄鐵QT600-2.設計的主要就是這兩方面的在數控機床的加工。集合多種的曲軸加工后，深入分析了曲軸的加工工藝。

關鍵詞：曲軸

主軸勁

連桿勁

數控加工。

一

曲軸的根底信息

1.1曲軸的作用

曲軸是汽車發動機中的重要零件，它與連桿配合將作用在活塞上的氣體壓力變為旋轉的動力，傳給底盤的傳動機構，同時，驅動配氣機構和其它輔助裝置。

曲軸在工作時，受氣體壓力，慣性力及慣性力矩的作用，受力大而且受力復雜，同時，曲軸又是高速旋轉件，因此，要求曲軸具有足夠的剛度和強度，具有良好的承受沖擊載荷的能力，耐磨損且潤滑良好。

1.2曲軸的結構及其特點

圖1-1

曲軸的結構圖

曲軸一般由主軸頸，連桿軸頸、曲柄、平衡塊、前端和后端等組成。一個主軸頸、一個連桿軸頸和一個曲柄組成了一個曲拐，曲軸的曲拐數目等于氣缸數(直列式發動機)；V型發動機曲軸的曲拐數等于氣缸數的一半。

主軸頸是曲軸的支承局部，通過主軸承支承在曲軸箱的主軸承座中。主軸承的數目不僅與發動機氣缸數目有關，還取決于曲軸的支承方式。

連桿軸頸是曲軸與連桿的連接局部，在連接處用圓弧過渡，以減少應力集中。

曲柄是主軸頸和連桿軸頸的連接局部，斷面為橢圓形，為了平衡慣性力，曲柄處鑄有(或緊固有)平衡重塊。平衡重塊用來平衡發動機不平衡的離心力矩，有時還用來平衡一局部往復慣性力，從而使曲軸旋轉平穩。

曲軸前端裝有齒輪，驅動風扇和水泵的皮帶輪以及起動爪等。為了防止機油沿曲軸軸頸外漏，在曲軸前端裝有一個甩油盤，在齒輪室蓋上裝有油封。曲軸的后端用來安裝飛輪，在后軸頸與飛輪凸緣之間制成擋油凸緣與回油螺紋，以阻止機油向后竄漏。

1.3曲軸的主要技術要求分析

〔1〕.主軸頸、連桿軸頸本身的精度，即尺寸公關等級IT6，外表粗糙度Ra值為1.25～0.63μm。軸頸長度公差等級為IT9～IT10。軸頸的形狀公差，如圓度、圓柱度控制在尺寸公差之半。

〔2〕.位置精度，包括主軸頸與連桿軸頸的平行度：一般為100mm之內不大于0.02mm；曲軸各主軸頸的同軸度：小型高速曲軸為0.025mm，中大型低速曲軸為0.03～0.08mm。

〔3〕.各連桿軸頸的位置度不大于±20′。

1.4曲軸的材料和毛坯確實定

曲軸工作時要承受很大的轉矩及交變的彎曲應力，容易門生扭振、折斷及軸頸磨損，因此要求用材應有較高的強度、沖擊韌度、疲勞強度和耐磨性。常用材料有：一般曲軸為35、40、45鋼或球墨鑄鐵QT600-2；對于高速、重載曲軸，可采用40Cr、42Mn2V等材料。

1.5曲軸的機械加工工藝過程

曲軸的尺寸精度、加工外表形狀精度以及位置精度的要求都很高，但剛性比擬差，容易產生變形，這就給曲軸的機械加工帶來了很多困難，必須予以充分的重視。

曲軸需要加工的外表有：主軸頸、連桿軸頸、鍵槽、外圓。由于使用了工藝搭子，銑鍵槽安排在切除工藝搭子后，磨削外圓安排在保存工藝搭子前。

根據曲軸的結構特點及機械加工的要求，加工順序大致可歸納為：銑兩端面；車工藝搭子和鉆中心孔；粗、精車三連桿軸頸；粗、精車各處外圓；精磨連桿軸頸、主軸頸和外圓；切除工藝搭子、車端面、銑鍵槽等。

1.6曲軸機械加工工藝根本路線

（1）

根底鍛造

（2）

熱處理

（3）

銑兩端面

（4）

車兩端工藝搭子外圓

（5）

鉆主軸頸中心孔

（6）

鉆連桿軸頸中心孔

（7）

檢驗

（8）

粗車連桿軸頸

（9）

精車連桿軸頸

（10）

車工藝搭子兩端面

（11）

粗車各處外圓

（12）

精車各處外圓

（13）

檢驗

（14）

磨削連桿軸頸外圓

（15）

磨削主軸頸

（16）

磨削外圓

（17）

磨削φ20

0

-00.021mm外圓

（18）

檢驗

（19）

車掉兩端工藝搭子

（20）

車兩端面

（21）

銑鍵槽

（22）

倒角

（23）

去毛刺

（24）

最后檢驗

二

曲軸的機械加工工藝過程分析

2.1曲軸的機械加工工藝特點

三拐曲軸除了具有軸的一般加工規律外，也有它的工藝特點，主要包括形狀復雜，剛性差及技術要求高，針對這些特點應采取相應的措施

2.2曲軸的機械加工工藝特點分析

〔1〕該零件是多拐小型曲軸，生產批量不大，應選用中心孔定位，它是輔助基準，裝夾方便，節省找正時間，又能保證三處連桿軸頸的位置精度。但軸兩端的軸頸比例不再統一圓周上，故不能直接在軸端面上鉆三對中心孔。于是，在曲軸毛坯制造時，預先鑄造兩端的工藝搭子，這樣就可以在工藝搭子上鉆出四對中心孔，到達用中心孔定位的目的。

〔2〕在工藝搭子端面上鉆四對中心孔，先以兩主軸頸為粗基準，鉆好主軸頸的一對中心孔；然后以這一對中心孔定位，以連桿軸頸為粗基準劃線，再將曲軸放到回轉工作臺上，加工φ32mm、圓周120°均布的三個連桿軸頸的中心孔，這樣就保證了它們之間的位置精度。

〔3〕該零件剛性較差，應按先粗后精的原那么安排加工順序，逐步提高加工精度。對于主軸頸與連桿軸頸的加工順序是，先加工三個連桿軸頸，然后再加工主軸頸及其他各處的外圓，這樣安排可以防止一開始就降低工件剛度，減少受力變形，有利于提高曲軸加工精度。

〔4〕由于使用了工藝搭子，銑鍵槽工序安排在切除中心孔后進行，故磨外圓工序必須提前在還保存工藝搭子中心孔時進行，同時要注意防止已磨好的外表被碰傷。

2.3曲軸主要加工工序分析

〔1〕銑曲軸兩端面,鉆中心孔

本工序在鉆銑車組合車床上完成，主要保證曲軸總長及中心孔的質量，假設端面不平那么中心鉆上的兩切削刃的受力不均，鉆頭可能引偏而折斷，因此采用先面后孔的原那么。中心孔除影響曲軸質量分布外，它還是曲軸加工的重要基準貫穿整個曲軸加工始終。因而直接影響曲軸加工精度。打中心孔在本次工藝設計中因考慮設備因素，采用找出曲軸的幾何中心代替質量中心。打中心孔以毛坯的外外表作為基準，因而毛坯外外表質量好壞直接影響孔的位置誤差。

〔2〕曲軸主軸頸的車削

由于曲軸年產量不大，主軸頸加工采用車削，在剛度較強的普通車床上進行。曲軸安裝在前、后頂尖上線一端用大盤夾住而另一端用頂尖頂住，用硬質合金車幾道工序上完成主軸頸的車削。由于加工余大且不均勻，旋轉不平衡，加工時產生沖擊，因此工件要夾牢固。車床、刀具、夾具要有足夠的剛性。主軸頸車削順序是先精車一端主軸頸及軸肩，然后以車好的主軸頸定位。另一側用頂尖以中心孔定位。車另一端主軸頸、肩及各個軸頸，半精度及精車都按此順序進行，逐漸提高主軸頸及其他軸頸的加工精度。

〔3〕曲軸連桿軸頸的車削

主軸頸及其它外圓車好后，以主軸頸作為加工連桿軸頸的基準，采用專用的車夾具、車削連桿軸頸，車削同樣在普通車床上進行。車削連桿軸頸需要解決的是角度定位〔兩連桿軸頸軸線需要控制在180度+30度或180度—30度〕以及曲軸旋轉的不平衡問題。這些都由專用夾具來保證，夾具體為一對用以定位的V型塊組成，裝在接盤上。接盤與車床過渡接盤靠中間的定位銷定位并連接，接盤在過渡接盤上靠棱形定位銷可轉180度，依次車削兩個連桿軸頸。V型塊中心與車床主軸線距離一個曲軸半徑。車削過程中，一端與曲軸主軸頸定位并夾緊，另一端靠偏中心座夾緊，中心座上鉆有中心孔，中心孔偏心距同樣為一個曲軸半徑。用頂尖頂緊中心孔，這樣就能保證連桿軸頸軸線與車床主軸線一致。安裝夾具體的接盤上有平衡塊，消除曲軸旋轉時不平衡力矩的生。曲軸加工時由于受到離心力和兩頂尖的軸向壓緊偏心力的作用，容易發生彎曲變形，為了加強工件剛度，用撐桿來撐住另一個曲拐的開移。車削連桿軸頸時為了使切削力不致于太大，每次車削余量控制在1~1.5mm內，同時車床旋轉不能太高，刀具采用高速鋼。

〔4〕鍵槽加工

這個鍵槽主要用于飛輪，加工此鍵槽應安排在主軸頸精車工序之后，這樣能保證定位精度及控制鍵槽的深度以及對稱度。鍵槽加工是以兩主軸頸定位，同樣用專用夾具在普通銑床上進行。

〔5〕軸頸的磨削

由于主軸頸及連桿軸頸精度較高，尺寸精度為IT6級，外表粗糙度1.6~0.8μm，并且具有較高的形狀精度及位置精度。因此主軸頸與連桿軸頸精車后要進行磨削，以提高精度外表粗糙度。

在工藝設計中，首先磨主軸頸然后磨連桿軸頸。中間主軸頸磨好后才能磨其余軸頸，磨主軸頸和連桿軸頸的安裝方法根本上與車軸頸相同，磨主軸頸是以中心孔定位，在外圓磨床上進行，磨連桿軸頸那么以經過精磨的兩端主軸頸定位，以保證與主軸頸的軸線距離及平行度要求，磨連桿軸頸是在曲軸磨床上進行的。

由于軸頸寬度不大，采用橫向進給磨削法，生產率較高，磨輪的外形需仔細地修整，因為直接影響軸頸與圓角的形狀，磨削余量根據車削后的精度而定，粗磨余量值每邊0.2~0.3mm，精磨余量控制在0.1~0.15

mm內。

在橫向進給磨削中，磨輪對工件的壓力很大，為防止曲軸彎曲，采用可以調節的中心架，否那么就不能去掉上道工序留下的彎曲度，最好待這個軸頸的擺差減小才開始使用中心架。

磨削主軸頸時應把兩頂尖孔倒角處抹干凈，去砂粒及油泥，確保加工基準——中心孔的精度，磨削工序之前必須修研中心孔。

三

機械加工余量、工序尺寸及公差確實定

3.1曲軸主要加工外表的工序安排

曲軸的主要加工外表為主軸頸、連桿軸頸、各外圓；次要加工外表為兩端面、鍵槽。此外，還有還有檢驗、清洗、去毛刺等工序。

連桿各主要外表的工序安排如下：

〔1〕、主軸頸：粗車、精車、磨削；

〔2〕、連桿軸頸：粗車、精車、磨削；

3.2確定工時定額

粗車七個連桿軸頸至φ。

〔1〕

被吃刀量：取=1mm，〔2〕

進給量f：取。

〔3〕

機床主軸轉速:

取n=600r/min

〔4〕

切削速度：

〔5〕

計算切削工時：被切削層長度=3×22=66mm，因為粗車走刀兩次，故tm=0.44min

精車三個連桿軸頸至φ24.50-0.033。

〔1〕

被吃刀量：取=0.65mm，〔2〕

進給量f：取f=0.3mm/r

〔3〕

機床主軸轉速:

取n=800r/min

〔4〕

切削速度：

〔5〕

計算切削工時：被切削層長度=3×22=66mm，因為粗車走刀兩次，故tm=0.55min

四

附錄設備刀具

工序號

工序名稱

設備名稱型號

夾具、刀檢具及輔具

005

銑端面

雙面銑床

010

劃線

可調V型架

015

打中心孔

中心孔鉆床

可調中心架

020

粗車法蘭外圓

C630

025

粗車主四

C630

030

粗磨主四

MQ8260

P900x38x305A46#P5V

035

車主頸及大小頭

S1-206

卡瓦、成型車刀

040

粗磨主頸及小頭

MQ8260

砂輪

045

精車大頭

CA6140

050

車小頭平端面

C3180

錐柄鉆花

055

鉆大頭孔

C3180

錐柄麻花鉆

060

銑定位面

065

車外端連頸

S1-217

卡瓦、成型車刀

070

車第二區連頸

S1-217

卡瓦、成型車刀

075

車中心區連頸

S1-217

卡瓦、成型車刀

080

粗磨連頸

MQ8260

三等分夾具、砂輪

085

半精磨小頭

MQ8260

090

鉆直油孔

Z35A

鉆直油孔鉆模

095

鉆斜油孔

油孔鉆床

鉆斜油孔鉆模

精磨主頸

MQ8260

砂輪、修整器、中心架、千分尺、卡板

精磨法蘭

MQ8260

砂輪、修整器、中心架、千分尺、卡板

精磨連頸

MQ8260

砂輪、修整器、中心架、三等分夾具、中心高檢具

115

探傷及退磁

JDC-900

120

氮化前拋光

砂紙150#

125

檢驗

130

校直

Y41-63

V型塊

135

氮化

140

修中心孔、倒角

CA6140

145

精磨小頭

MQ8260

表架、主一長度檢具

150

精車軸承孔

CA6140

內徑量缸表、校對規

155

鉆法蘭孔

Z35A

鉆模、鉆花、絲攻

160

銑鍵槽

X62W

銑鍵槽夾具

165

去毛刺

電開工具

170

油孔口拋光

橡膠錐及砂紙180#

175

動平衡及去重

動平衡機、Z35A

鉆花

180

氮化后拋光

砂紙180#

185

檢驗

190

清洗、上蠟、包裝

清洗機

柴油、清洗液、蠟

五

工序分析

〔1〕銑端面工序有兩個作用：保證曲軸的總長；保證中心孔的質量。假設端面不平，那么中心鉆上兩個切削刃的受力不均，鉆頭引偏而折斷。這也是“先面后孔〞原那么的具體應用。

〔2〕中心孔的重要性：中心孔除影響曲軸的質量分布外，它的重要性還在于它是曲軸加工的重要精基準，直接影響曲軸的加工精度，因此中心孔必須滿足其質量要求。但工件經過粗加工后，中心孔的精度往往不可防止地受到影響，所以在精加工之前，必須對中心孔進行修研，確保符合其技術要求。可用油石或橡膠砂輪修研。

〔3〕打中心孔是采用找出曲軸的幾何中心來代替質量中心，是以毛坯的外表作為基準。毛坯外表光潔圓整，那么打出的中心孔位置誤差就小。

〔4〕按照S1-206車床的工裝結構，必須先粗車和粗磨主頸四。主頸四是加工長度尺寸的一個基準，其兩側扇板的厚度應分均勻，否那么極易使整根曲軸的軸向尺寸發生偏移，即單邊，致使曲軸各扇板厚度不一而致廢。

〔5〕因曲軸剛度差，故車主軸頸的工序，采用前后刀架同時橫向進給的S1-206一次加工成型的機床，必須注意刀排分布應合理，車刀應常換常磨，進刀量應適中。

〔6〕車小頭孔、平端面工序不容無視。因為小頭是與起動爪相連的部位，在用人力起動發動機時,小頭傳遞大力矩,所以首先要保證小頭的有效深度，其次小頭孔倒角應圓整光滑,角度正確,以保證精磨小頭時外圓跳動合格,否那么就應重新精修小頭孔倒角。

〔7〕鉆大頭孔工序。孔太深會影響第七主軸頸及法蘭的強度,太淺會影響內裝黃油的空間和裝軸承的軸向位置。

〔8〕銑定位面。為了使車連頸時角度分布均勻，按照鑄造毛坯六缸曲軸的角度均布原理去掉鑄造余量,故必須銑好定位面。不管定位面向那邊有所偏移,都會嚴重改變鑄件曲軸工序余量的均勻分布,嚴重偏移的致使連頸加工缺乏而致廢。

〔9〕車連頸S1-217是成型車床，刀排分布合理、車刀的成型正確、進刀量適中、定位面緊靠都直接影響到產品能否到達工藝技術要求。故中心距、長度、寬度尺寸和圓弧、外圓尺寸等的調整必須在車床進入穩定加工狀態后才可進行，防止工藝系統熱變形影響太大。

〔10〕粗磨連頸是一道重要工序。粗磨連頸要進行曲軸120°的三等分,保證中心高尺寸。磨床首尾兩端偏心夾具的移動會引起主連軸頸中心高的變化，應仔細調整至適宜之處反鎖固定。此外假設中心架調整不恰當會引起曲軸變形而致中心高超差，而砂輪進刀太快那么會引起角度偏移,甚至曲軸斷裂。

致謝

我本次的畢業設計，得到鄒竹青老師的親切關心和精心指導，使得本設計得以順利完成，其中無不飽含著老師的汗水和心血。首先要感謝的是我的指導老師鄒竹青老師，在整個過程中他給了我很大的幫助。在完成初稿后，老師認真查看了我的設計內容和格式，指出了我存在的很多問題，讓后我回去在查看資料，在反復的修改中我學到了不少知識，同時在請教別人的過程中我也增加了和同學老師之間的感情，使我們的友誼更進一步加深了，在此十分感謝鄒老師的細心指導，才能讓我順利完成畢業設計。同時感謝所有任課老師三年來對我的培養。如果沒有你們的精心培育我不可能有今天的沒好時光，是你們在我有困難的時候幫我們解決困難，就包括這次的畢業設計有許多老師都給與了我們很大的幫助，不管是從材料的來源還是格式的指導都非常認真細心地給我們指引。同時也要感謝我的同學和朋友們，在設計過程中也得到了許多朋友的關心，不管是學哥學姐，都給予我們幫助，我將永遠記得你們伴我走過的每一個有歡笑有淚水的日子，是你們的關心和幫助，讓我感受到了家的溫暖。

借此，感謝大學三年中我的班主任和任課老師們給予的教誨，你們的教誨，不僅讓我學到了書本的根底知識，更重要的是讓我學會了如何做一名優秀的大學生，如果沒有你們的辛勤教誨，也不會有我今天的成長。也感謝學院為我們提供了一次這樣好的時機，使自己在學習的同時也鍛煉了自己的實踐能力。