【正文】 CAM 集成技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展，闡述了本課題研究的內(nèi)容及意義。 曲軸的簡介 曲軸是內(nèi)燃機中承受沖擊載荷傳遞動力的關(guān)鍵零件 。內(nèi)燃機是動力機械的心臟，曲軸則是內(nèi)燃機的脊梁，同時 也是在內(nèi)燃機 5 大件 (機體、缸蓋、曲軸、連桿、凸輪軸 )中最難以保證加工質(zhì)量的零件。 曲軸將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，并向外輸出全部功率。由于工作過程中受到周期性不斷變化的氣體力、往復(fù)運動質(zhì)量慣性力、旋轉(zhuǎn)與動離心慣性力等復(fù)雜交變載荷，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)和 橫向與縱向振動，承受拉、壓、彎曲等載荷，因此曲軸必須具有足夠的強度、剛性、韌性和耐磨性。 曲軸一般用中碳 鋼 或中碳合金鋼模鍛而成。為提高耐磨性和耐疲勞強度，軸頸 表面經(jīng)高頻淬 火或氮化處理，并經(jīng)精磨加工，以達到較高的表面硬度和表面粗糙度的要求。它與連桿配合將作用在 活塞 上的氣體壓力變?yōu)樾D(zhuǎn)的動力 ，傳給底盤的傳動機構(gòu)。同時，驅(qū)動 配氣機構(gòu) 和其它輔助裝置，如風扇、 水泵 、 發(fā)電機 等。 曲軸的損壞形式主要是疲勞斷裂和軸頸嚴重磨損。 由于曲軸工況條件惡劣 ,因此對曲軸的材質(zhì)、毛坯加工技術(shù)、精度、表面粗糙度、熱處理和表面強化、動平衡等要求都十分嚴格。其中任 何一個環(huán)節(jié)的質(zhì)量對曲軸的壽命和整機的可靠性都具有很大的影響。 工作 時，曲 軸承 受氣體壓力，慣性力及慣性力矩的作用，受力大而且受力復(fù)雜，并且承受交 變負鄭州航空工業(yè)管理學院本科生畢 業(yè)論文 第一章緒論 2 荷的沖擊作用。同時，曲軸又是高速旋轉(zhuǎn)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。 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(shù)目等于 氣缸 數(shù) (直列式發(fā)動機 )； V 型發(fā)動機曲軸的曲拐數(shù)等于氣缸數(shù)的一半。 主軸頸是曲軸的支承部分，通過主軸承支承在 曲軸箱 的主軸承座中。主軸承的數(shù)目不僅與發(fā)動機氣 缸數(shù)目有關(guān)，還取決于曲軸的支承方式。曲軸的支承方式一般有兩種 ，一種是全支承曲軸，另一種是非全支承曲軸。 全支承曲軸：曲軸的主軸頸數(shù)比氣缸數(shù)目多一個，即每一個連桿軸頸兩邊都有一個主軸頸。如六缸發(fā)動機全支承曲軸有七個主軸頸。四缸鄭州航空工業(yè)管理學院本科生畢 業(yè)論文 第一章緒論 3 發(fā)動機全支承曲軸有五 個主軸頸。這種支承，曲軸的強度和剛度都比較好，并且減輕了主軸承載荷，減小了磨損。 柴油機 和大部分 汽油機 多采用這種形式。 非全支承曲軸：曲軸的主軸頸數(shù)比氣缸數(shù)目少或與氣缸 數(shù)目相等。這種支承方式叫非全支承曲軸，雖然這種支承的主軸承載荷較大，但縮短了曲軸的總長度，使發(fā)動機的總體長度有所減小。有些 汽油 機，承受載荷較小可以采用這種曲軸型式。 曲軸的連桿軸頸是曲軸與連桿的連接部分，通過曲柄與主軸頸相連，在連接處用圓弧過渡，以減少應(yīng)力集中。直列發(fā)動機的連桿軸頸數(shù)目和氣缸數(shù)相等。 V 型發(fā)動機的連桿軸頸數(shù)等于氣缸數(shù)的一半 。 曲柄是主軸頸和連桿軸頸的連接部分，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(fā)動機不平衡的離心力矩，有時還用來平衡一部分往復(fù)慣性力，從而使曲軸旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)。 曲軸前端裝有正時 齒輪 ，驅(qū)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檔油凸緣與回油螺紋，以阻止機油向后竄漏。 曲軸的形狀和曲拐相對位置 (即曲拐的布置 )取決于氣缸數(shù)、氣缸排列和發(fā)動機的發(fā)火順序。安排 多缸發(fā)動機 的發(fā)火順序應(yīng)注意使連續(xù)作功的兩缸相距盡可能遠，以減輕主軸承的載荷，同時避免可能發(fā)生的進氣重疊現(xiàn)象。作功間隔應(yīng)力求均勻，也就是說發(fā)動機在完成一個工作循環(huán)鄭州航空工業(yè)管理學院本科生畢 業(yè)論文 第一章緒論 4 的曲 軸轉(zhuǎn)角內(nèi)，每個氣缸都應(yīng)發(fā)火做功一次，而且各缸發(fā)火的間隔時間以曲軸轉(zhuǎn)角表示，稱為發(fā)火間隔角。四行程發(fā)動機完成一個工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)兩圈，其轉(zhuǎn)角為 720，在曲軸轉(zhuǎn)角 720 內(nèi)發(fā)動機的每個氣缸應(yīng)該點火作功一次。且點火間隔角是均勻的，因此四行程發(fā)動機的點火間隔角為720/i， (i 為氣缸數(shù)目 )，即曲軸每 720/i，就應(yīng)有一缸作功，以保證發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。 疲勞斷裂抗力或疲勞壽命及耐磨性，主要取決于以下幾點： （ 1）曲軸的結(jié)構(gòu)。主要取決于產(chǎn)品的設(shè)計問題，曲軸有組合式和整體式之分。前者用于重型和低速發(fā)動機中，后者則用于中大功率發(fā)動 機中。對于整體結(jié)構(gòu)的曲軸，球鐵材質(zhì)的可以制成空心的，它比實心結(jié)構(gòu)的疲勞強度 (抗力 )能提高 10%左右，如果適當加大曲軸連桿軸頸的過渡圓半徑，還能提高疲勞抗力 10%左右。在曲軸上合理地開卸載槽也可提高疲勞抗力。 （ 2）合理選擇曲軸的材質(zhì)使其保證材質(zhì)的化學成分及組織。 （ 3）先進的加工技術(shù)和顯著經(jīng)濟效果的強化工藝等。 世界各國對曲軸的加工都十分重視 ,不斷地改進曲軸加工工藝 ,最大可能地提高曲軸壽命。曲軸的質(zhì)量優(yōu)劣直接影響著發(fā)動機的性能和壽命，曲軸質(zhì)量與材質(zhì)、機械加工、熱處理和強化等都有著密切的關(guān)系。 曲軸的數(shù) 控加工技術(shù)在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 曲軸工件形狀復(fù)雜、剛性差，磨削加工時的誤差來源甚多，精度不易保證，但其加工精度要求又很高。因此，數(shù)控設(shè)備在汽車、機械、國防等行業(yè)中應(yīng)用范圍越來越廣泛。數(shù)控機床的使用，圓滿地解決了生產(chǎn)效率與靈活性之間的矛盾，實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)，為產(chǎn)品更新提供了非常鄭州航空工業(yè)管理學院本科生畢 業(yè)論文 第一章緒論 5 方便的手段。而數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展也迫在眉睫。 為了適應(yīng)汽車工業(yè)尤其是轎車工業(yè)發(fā)展的需要，一些發(fā)達國家研究出了各種先進的數(shù)控設(shè)備，并將數(shù)控加工模擬應(yīng)用到社會生活的各個方面。不斷將高、新、尖技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機械上來，使農(nóng)業(yè)機械向智能化方向發(fā)展。 與此同時，我國的機械工業(yè)技術(shù)也有了長足的進步，從工業(yè)發(fā)展進程來看，智能化趨勢是機械工業(yè)發(fā)展的重要方向，其中主要的原因是 在 人工智能技術(shù)的高度發(fā)展及其在工業(yè)界的廣泛應(yīng)用。特別是隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的機械制造業(yè)開始了根本性變革，而數(shù)控技術(shù)又是其中的關(guān)鍵技術(shù)。數(shù)控系統(tǒng)一改傳統(tǒng)的、 CNC 只做非智能的運動控制器封閉式體系結(jié)構(gòu)， 集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄形、超小化型化；在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上， CAD/CAM 與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機床聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)中央集中控制的群控式加工。 我國轎車工業(yè)起步較晚，隨著生產(chǎn)的發(fā)展和工藝水 平的提高，數(shù)控設(shè)備在汽車、機械、國防等行業(yè)中應(yīng)用范圍越來越廣泛。數(shù)控機床的使用，圓滿地解決了生產(chǎn)效率與靈活性之間的矛盾，實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)，為產(chǎn)品更新提供了非常方便的手段。國內(nèi)的數(shù)控加工模擬相關(guān)技術(shù)的研究與應(yīng)用方面都比較薄弱。 在內(nèi)燃機的設(shè)計中，計算機作為一種輔助工具主要用于有限元、優(yōu)化設(shè)計等純數(shù)值計算及交互式圖形繪制方面，對于內(nèi)燃機及其零部件的概念設(shè)計、材料選擇、幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計及設(shè)計方案評價等符號運算顯得無能為力。以符號運算為特征的專家系統(tǒng)理論體系和實現(xiàn)方法正顯端倪，它為計算機技術(shù)在內(nèi)燃機及其零部件的設(shè)計提供了 新的、非常有效的手段；另一方面，軸系零部件的智能化 CAD/CAM鄭州航空工業(yè)管理學院本科生畢 業(yè)論文 第一章緒論 6 系統(tǒng)軟件已在國內(nèi) 某廠使用了幾年，大大的提高了生產(chǎn)率，減輕了操作工人的負擔，大大提高了產(chǎn)品加工精度和降低成本，并使產(chǎn)品向著規(guī)范化、標準化、系列化方向發(fā)展。 本論文的研究意義及主要工作 本論文 的研究意義 在各種常用機械零件中，軸類零件的結(jié)構(gòu)是多種多樣的，有階梯軸、花鍵軸、光軸、齒輪軸、渦輪軸、滾珠絲桿軸等等。除光軸之外，其它的各種軸往往同時又是階梯軸，每個軸段的形狀又是千差萬別的，研究軸類零件的數(shù)控加工技術(shù)意義明顯。 曲軸在各種機械 零件中，其形狀和構(gòu)造的復(fù)雜性及在發(fā)動機中的重要性，對曲軸數(shù)控加工技術(shù)的研究具有一定的典型性。 曲軸是汽車發(fā)動機和其它內(nèi)燃機上的關(guān)鍵零件，需求量大，種類眾多，要求的加工精度高。其加工精度對發(fā)動機的性能起著決定性的作用，因此曲軸的加工質(zhì)量和加工效率直接影響到汽車產(chǎn)品的質(zhì)量和汽車工業(yè)的發(fā)展。隨著生產(chǎn)的發(fā)展和工藝水平的提高，數(shù)控設(shè)備在汽車、機械、國防等行業(yè)中應(yīng)用范圍越來越廣泛。數(shù)控機床的使用，圓滿地解決了生產(chǎn)效率與靈活性之間的矛盾，實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)，為產(chǎn)品更新提供了非常方便的手段。 曲軸的數(shù)控加工可以大大降低產(chǎn)品的成本 ，該技術(shù)的研究 有一定的理論意義和實際應(yīng)用價值 。 本論文 主要進行工作 軸系零部件數(shù)控加工技術(shù)已有一定的發(fā)展，該技術(shù)大大的提高了生產(chǎn)率，減輕了操作人員的負擔，大大提高產(chǎn)品加工精度和降低成本，并鄭州航空工業(yè)管理學院本科生畢 業(yè)論文 第一章緒論 7 使軸系零部件向著規(guī)范化、標準化、系列化方向發(fā)展。本課題主要進行以下內(nèi)容： 國內(nèi)外曲軸的數(shù)控加工研究現(xiàn)狀； （ 車削技術(shù)、銑削技術(shù)、車拉技術(shù)和車－車拉技術(shù) ）的研究； ； NC 加工實現(xiàn)； CAD/CAM 集成。 鄭州航空工業(yè)管理學院本科生畢業(yè)論文 第二章曲軸的 CAD/CAM 集成 8 第二 章 曲軸的 CAD/CAM 集成 本章對 CAD/CAM 系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀發(fā)展趨勢以及幾種系統(tǒng)進行分析，并對曲軸的 CAD/CAM 集成進行了簡單說明。 CAD/CAM 技術(shù)應(yīng)用狀況 CAD/CAM(計算機輔助設(shè)計及制造 )技術(shù)產(chǎn)生于本世紀 50年代后期發(fā)達國家的航空和軍事工業(yè)中 ,隨著計算機軟硬件技術(shù)和計算機圖形學技術(shù)的發(fā)展而迅速成長起來。三十幾年來 CAD 技術(shù)和系統(tǒng)有了飛速的發(fā)展 ,CAD/CAM 的應(yīng)用迅速普及。在工業(yè)發(fā)達國家 ,CAD/CAM 技術(shù)的應(yīng)用已迅速從軍事工業(yè)向民用工業(yè)擴展 ,由大型企業(yè)向中小企業(yè)推廣 ,由高技術(shù)領(lǐng) 域的應(yīng)用向日用家電、輕工產(chǎn)品的設(shè)計和制造中普及。而且這一技術(shù)正在從發(fā)達國家 ‘流向’ 發(fā)展中國家。我國 CAD/CAM 技術(shù)最早應(yīng)用于航空工業(yè) ,迄今為止 ,航空工業(yè) 90%以上的企業(yè)在不同程度地使用CAD/CAM 技術(shù)。從 70年代末逐步引進了大量的工程工作站、小型機、主機、圖形終端、微機等硬件 ,另外還引進了 CATIA、 AUTOTRAL、CALMA、 UGⅡ 、 IDEAS、 CADAM 等 CAD/CAE/CAM 集成系統(tǒng)及應(yīng)用軟件 。還裝備了 5 坐標數(shù)控機床數(shù)控測量機、加工中心等大型設(shè)備 ,在此基礎(chǔ)上各單位還組織開發(fā)和二次開 發(fā)了許多軟件。在全國各行業(yè)來說 ,航空工