【文章內容簡介】 具系統(tǒng)實現柔性加工，特別適用于曲柄臂側面不需要加工，軸頸有沉割槽的曲軸 。 目前 ,世界上生產數控曲軸銑床的代表廠家有德國 BOEHRINGER 公司、 HELLER公司、奧地利 GFM 公司、日本小松制作所 等 [7] ， 其中德國州 BOEHRINGER 公司的曲軸柔性數控銑床 VDF315OM4， 可以一次裝夾不改變曲軸回轉中心 ， 工件旋轉銑刀進給伺服隨動跟隨銑削曲軸連桿頸?？杉庸らL度 450700mm、回轉直徑在 380mm 以內的各種曲軸 ,具有加工精度高、切削效率高等特點 ， 連 桿頸的直徑誤差為 177。在“一臺機床稱為一個小工廠”的復合方向發(fā)展的道路上 ， 奧地利公司生產的臥式車銑復合加工中心堪稱典范 ， 以 M40G 為例 ， 它將雙主軸車削、五軸加工、深孔鉆、銑、鏗及三坐標功能集于一身 ， 可對曲軸進行完全加工 ， 然后直接進入精加工 ， 大大提高了加工效率。 在全球市場上，歐美汽車工業(yè)發(fā)達的國家，經過多年的積累，對曲軸的結構已經有了可套用的經驗公式，一般經過計算機三維設計，再通過計算機模型模擬測試系統(tǒng)對曲軸的各項強度指標進行分析，使曲軸在初期達到完美的設計。在加工工藝方面，國外大多采用了先進的數控設備為主，精度好，效率較高。曲軸生產與開發(fā)能力較強的企業(yè)主要有：德國蒂森克虜伯、日本住友、印度巴勒特等少數幾家巨頭，給全球各大汽車制造商的發(fā)動機供應商進行配套，它們憑借領先的綜合研發(fā)和制造實力占據了國際曲軸市場的大部分市場份額。 雖然目前國內曲軸廠家較多，但整體規(guī)模小、 設備較為陳舊、產品質量、技術水平差別較大，差距較為明顯，甚至還滿足不了我國內燃機工業(yè)技術發(fā)展要求。近年來，國內汽車發(fā)動機曲軸專業(yè)生產廠家主要通過引進技術消化吸收再自行研發(fā)，總體水平有了很大的提升。 重慶交通大學 17屆制 機械設計制造及自動化 業(yè)畢業(yè)設計 （論文） 4 2 零件分析 零件的作用 曲軸、凸輪軸、 曲軸 連桿 、缸蓋、 缸體 是 內燃機 的 五大核心部件 ，曲軸是 內燃機中最重要的部分 。曲軸是 一種 異形軸 ，如圖 ， 曲軸 工作時 做旋轉運動 ， 曲軸連桿軸頸與 連桿 之間 相互 配合 ， 將 作用 在活塞上的氣體壓力 通過活塞推動連桿帶動曲軸連桿軸頸 轉化 為 曲軸 旋轉 的 扭矩輸出給汽車 。 曲軸 零件 分析 主軸頸、連桿軸頸、曲柄、平衡塊 等 共同 組成 一個曲軸 。 一個曲軸有一個或多個曲拐 。一個直列式發(fā)動機 有多少個氣缸就有多少個 曲拐，而一個 V 型發(fā)動機 氣缸數的二分之一就等于其 曲拐數。 曲軸的 主軸 頸主要起支撐作用 。 氣缸的排列方式和氣缸的個數決定了 曲軸的形狀和曲拐 的 相對位置 。 本 次 設計 主要 是 針對 直列式兩缸發(fā)動機 的曲軸加工工藝及其夾具 的 設計。 曲軸 有較為復雜的 結構， 同時要求有較高的 尺寸精度 ， 形位精度和表面質量。 主要的加工表面有主軸頸、連桿軸頸和曲軸端面， 技術要求和尺寸要求由 如圖 圖紙的 中給出。 圖 發(fā)動機曲軸零件三維圖 重慶交通大學 17屆制 機械設計制造及自動化 業(yè)畢業(yè)設計 （論文） 5 3 工藝規(guī)程設計 確定毛坯的材料和制造形式 曲軸的形狀以軸類為主，毛坯形狀較為復雜，因此制作曲軸所需的材料需要具備良好的剛性和沖擊韌性。因為 35CrMo 的靜力強度 較好， 沖擊韌性 和抗 疲勞 強度較高 ，在 溫度 達到 500℃ 的時候，仍然可以 長期工作 ，所以選擇 35CrMo 較為適合 。 由于 35CrMo 焊接性 比較 差， 溫度低時塑性也較差，所以 在生產曲軸的時候 用鍛造 進行加工 ， 又因為 生產 綱領是大 批量生產， 所以 采用模鍛 加工 。 機床 的選擇 由圖紙中可知，零件的長度 L=918mm，加工連桿軸頸時加上夾具后總長度L=1060mm，回轉直徑也達到了 ?360以上，所以對機床也有一定的行程要求。這里車削加工時選用馬鞍山萬馬機床公司的 CK61401500，如圖 ，其最大車削直徑為400mm，最大工件長度為 1500mm，達到零件加工要求；磨削加工時選用無錫燁 林機床公司的 MW1350B1500，如圖 ，其最大磨削直徑為 500mm，最大磨削長度達到1500mm，符合零件加工要求。 圖 馬鞍山萬馬機床 CK6140 1500 重慶交通大學 17屆制 機械設計制造及自動化 業(yè)畢業(yè)設計 （論文） 6 圖 無錫燁林機床 MW1350B1500 基準的選擇 擬定加工路線的第一步是選擇定位基準， 零件的 加工過程 當 中 ,零件質量的好壞直接由 定位基準 選擇的好壞 所決定 ?；鶞蔬x擇不當，往往會增加工序，或使工藝線路不合理，或使夾具設計困難，甚至達不到零件的加工精度要求， 所以我們可以說如何 選擇 定位基準是一個很重要的工藝 設計 步驟 。 在 實際的 加工 過程 當 中， 我們 應該先加工出 粗基準， 在進行后續(xù)加工。 但 是 在設計 的 階段 ，為了保證零件加工 后的尺寸 精度， 我們 應該 先 確定 精基準 ， 再 確定 粗基準。 精 基準的選擇 選擇精基準時 ， 應該重點考慮 如何減少工件 加工時的定位誤 差 。在能保證 加工精度 的同時 ， 還 要考慮 到工件裝夾時也能比較方便 ，夾具結 構 設計得 也應 盡量 簡單。選擇定位基準時有以下幾個原則：基準重合原則、基準 統(tǒng)一原則、互為基準原則、自為基準原則、 便于裝夾原則。 粗 基準的選擇 選定粗基準時，應該保證加工余量能均勻分配，并能確保加工表面和非加工表面的位置關系。粗基準的選擇有以下幾個原則：保證相互位置原則、余量均勻分配原則、便于工件裝夾原則、粗基準在一個方向上只能使用一次原則。 曲軸的形狀 是軸類， 所以應該用 主軸頸 的 外圓 來 作為粗基準 進行定位加工 ，然后再用已加工過的重慶交通大學 17屆制 機械設計制造及自動化 業(yè)畢業(yè)設計 （論文） 7 主軸頸定位加工曲軸連桿等。 制定工藝路線 制定 工藝路線是工藝規(guī)程設計的關鍵步驟，工藝路線的優(yōu)劣，對零件的加工質量、生產率、生產成本以及人工勞動強度都有很大的影響。在正確的選擇了定位基準之后，制定工藝路線只要解決的問題就 是選擇加工方法，確定加工 順序 ，劃分加工工序。 加工方法的選擇 首先要選擇零件的加工方法，需要考慮加工的經濟精度。由于各個加工方法所能達到的加工精度和表面粗糙度都有一定的范圍。統(tǒng)計資料表明，任何一種加工方法加工誤差與加工成本之間的關系都大體上和圖 [11]符合。 在圖中， AB 段為較合適的加工經濟精度。但隨著機械制造技術水平的不斷提高，各種加工方法的加工經濟精度也是在不斷地提高，所以也要結合實際的加工水平決定加工方法。 圖 加工誤差與加工成本的關系 重慶交通大學 17屆制 機械設計制造及自動化 業(yè)畢業(yè)設計 （論文） 8 在分析零件圖紙后，選擇各表面的加工方法時一般先考慮零件上精度要求最高的表面 的加工方法，該表面的終加工方法應該符合：加工表面的精度和表面粗糙度要求；零件的材料熱和處理要求；零件的生產類型；現有的技術水、平生產條件等。 結合圖紙要求和 表 [11]、表 [11]、表 [11]，加工主軸頸、連桿軸頸等外圓表面時，大致選擇以下加工方法。 表 曲軸大致加工方法 加工位置 加工方法 定位面 粗車，半精車，精車 主軸頸 粗車，半精車，粗磨，半精磨 連桿軸頸 粗車，半精車，粗磨 法蘭盤 粗車，半精車，粗磨 曲軸端面 粗車，半精車，鉆，擴，鉸 表 外圓加工中各種方法的加工經濟精度及表面粗糙度 加工方法 加工情況 加工經濟精度 表面粗糙度 Ra/μm 車 粗車 半精車 精車 鏡面車 1213 1011 78 56 1080 銑 粗銑 半精銑 精銑 1213 1112 89 1080 車槽 一次行程 二次行程 1112 1011 1020 外磨 粗磨 半精磨 精磨 精密磨 89 78 67 56 超精加工 精 精密 5 5 砂帶磨 精磨 精密磨 56 5 表 孔加工 方法的加工經濟精度及表面粗糙度 重慶交通大學 17屆制 機械設計制造及自動化 業(yè)畢業(yè)設計 （論文） 9 加工方法 加工情況 加工經濟精度 表面粗糙度 Ra/μm 鉆 Φ15以下 Φ15以上 1113 1012 580 2080 擴 粗擴 精擴 1213 911 520 鉸 半徑鉸 精鉸 手鉸 89 67 5 拉 粗拉 精拉 910 79 推 半精推 精推 68 6 鏜 粗鏜 半精鏜 精鏜 金剛鏜 1213 1011 79 57 520 內磨 粗磨 半精磨 精磨 精密磨 911 910 78 67 珩磨 粗珩 精珩 56 5 重慶交通大學 17屆制 機械設計制造及自動化 業(yè)畢業(yè)設計 （論文） 10 表 平面加工中各種加工方法的加工經濟精度及表面粗糙度 加工方法 加工情況 加工經濟精度 表面粗糙度 Ra/μm 周銑 粗銑 半精銑 精銑 1113 811 68 520 端銑 粗銑 半精銑 精銑 1113 811 68 520 車 半精車 精車 細車 811 68 6 刨 粗刨 半精刨 精刨 寬刀精刨 1113 811 68 6 520 平磨 粗磨 半精磨 精磨 精密磨 810 89 68 6 砂帶磨 精磨 精密磨 56 5 確定加工順序 零件上的加工表面都應該安排一個合適的加工順序，這樣才有利于保證零件質量并且提高生產率，一般有以下幾個原則：先加工基準面再加工其他表面；先粗加工，后精加工；先安排加工重要表面再加工次要表面；先加工零件表面再加工孔；改善材料切削性能的熱處理（正火、退火等）應該安排在切削加工之前；消除內應力的熱處理（退火、人工時效等）應該安排在粗加工和精加工之間；改善材料物理性質的熱處理（調制、淬火等）應該安排在粗加工 和精加工之間；提高零件耐磨性或耐腐蝕性的熱處理以及裝飾性處理（電鍍、氧化、發(fā)黑等）一般放在工藝過程的最后；輔助工 序（檢驗、去毛刺、清洗、平衡、去磁等）一般放在重要工序或不同加工工段前后。 重慶交通大學 17屆制 機械設計制造及自動化 業(yè)畢業(yè)設計 （論文） 11 劃分加工工序 表 加工工序 序號 工序名稱 定位基準 1 粗車曲軸前端面 第三主軸頸 2 鉆 兩端 中心孔 按劃線 3 粗車一、三主軸頸 一、三主軸頸、中心孔 4 半精車一、三主軸頸 一、三主軸頸、中心孔 5 粗車第二主軸頸 第三主軸頸、中心孔 6 半精車第二主軸頸 第三主軸頸、中心孔 7 半精 磨一、三主軸頸 中心孔 8 精磨一、三主軸頸 中心孔 9 半精 磨第二主軸頸 中心孔 10 精磨第二主軸頸 中心孔 11 粗車一、二連桿軸頸 一、三主軸頸 12 半精車一、二連桿軸頸 一、三主軸頸 13 粗磨一、二連桿軸頸 一、三主軸頸 14 半精磨一、二連桿軸頸 一、三主軸頸 15 鉆兩個 Φ8斜油孔 16 粗車曲軸前端外圓 第三主軸頸、中心孔 17 半精車曲軸前端外圓及端面 第三主軸頸 18 粗車曲軸后端外圓及端面