【文章內(nèi)容簡介】 發(fā)出 CNC 高速外銑，它對平衡塊側(cè)面需要加工的曲軸，比CNC 車削、 CNC 內(nèi)銑、車－車拉的生產(chǎn)效率還要高。另外， CNC 車－車拉工藝加 工連桿軸安徽理工大學 畢業(yè)設(shè)計 4 頸要二道工序， CNC 高速外銑只要一道 工序就能完成，具有以下優(yōu)點：切削速度高 (可高達 350m/min)、切削時間較短、工序 循環(huán) 時間較短、切削力較小、工件溫升較低、刀具壽命高、換刀次數(shù)少、加工精度更高、柔性更好。所以 CNC高速外銑將是曲軸主軸頸和連桿軸頸粗加工的發(fā)展方向。精加工使用數(shù)控磨床，采用靜壓主軸、靜壓導(dǎo)軌、靜壓進給絲杠 (砂輪頭架 )和線性光柵閉環(huán)控 制等控制裝置，使各尺寸公差及形位公差得到可靠的保證，精加工還廣泛使用數(shù)控砂帶 拋光機 進行超精加工，經(jīng)超精加工后的曲軸軸頸表面粗糙度至少提高一級精度 20世紀 90年代中期又開發(fā)出 CNC 高速外銑，它對平衡塊側(cè)面需要加工的曲軸，比 CNC 車削、 CNC 內(nèi)銑、車 車拉的生產(chǎn)效率還要高。另外， CNC 車－車拉工藝加工連桿軸頸要二道工序， CNC 高速外銑只要一道工序就能 完成，具有以下優(yōu)點：切削速度高（可高達 350m/min）、切削時間較短、工序循環(huán)時間較短、切削力較小、工件溫升較低、刀具壽命高、換刀次數(shù)少、加工精度更高、柔性更好。所以 CNC 高速外銑將是曲軸主軸頸和連桿軸頸粗加工的發(fā)展方向。精加工使用數(shù)控磨床，采用靜壓主軸、靜壓導(dǎo)軌、靜壓進給絲杠（砂輪頭架）和線性光柵閉環(huán)控制等控制裝置，使各尺寸公差及形位公差得到可靠的保證，精加工還廣泛使用數(shù)控砂帶拋光機進行超精加工，經(jīng)超精加工后的曲軸軸頸表面粗糙度至少提高一級精度。 20世紀 90年代 開發(fā)的 CBN 高速磨削。英國 LANDIS 公 司生產(chǎn)的曲軸磨床，磨削速度高達 120m/s,用扒皮法一次裝夾從毛坯到精磨完畢，耗時僅幾分鐘的時間。這將會出現(xiàn)以磨代替其他粗加工工藝的新局面。 進入 21世紀以后， 復(fù)合加工工藝已進入曲軸制造業(yè)中。過去將加工中心稱為復(fù)合加工機床，但因工具交換加工的品種受到限制，而且也走不出切削加工的領(lǐng)域，現(xiàn)在已經(jīng)不再將一般的加工中心稱之為復(fù)合加工機床了。復(fù)合機床應(yīng)具有工序集成功能，多種加工集成功能。奧地利 WFL公司生產(chǎn)的臥式車銑復(fù)合加工中心能在曲軸硬化前 “ 一次裝夾，完全加工 ” ，加工后的曲軸可直接轉(zhuǎn)入精加工工序。目前國內(nèi)也推出了類 似的復(fù)合機床，在 CIMT2021 上，沈陽數(shù)控機床有限責任公司展出的 CKZ805車銑加工中心就是一臺復(fù)合機床。該機床代表了我國同類機床的最高水平。該機床五軸中 X、 Y、 Z、 B 軸采用直線光柵尺或圓度光柵尺檢測，可實現(xiàn)閉環(huán)控制。該加工中心備有 48~96 工位刀庫可實現(xiàn)自動換刀，一次裝卡可進行車、銑、鉆、鏜、攻絲等的加工。曲軸精加工方面，也出現(xiàn)了工序集成的 CBN 數(shù)控磨床，即一次裝夾磨削全部曲軸主軸頸和連桿軸頸（擺動跟蹤磨削）。 1． 5 曲軸加工工藝總的發(fā)展趨勢 由以上演變可以看出，曲軸的加工工藝正向著高速、高效、復(fù)合 化方向發(fā)展。目前較為流行的粗加工工藝是主軸頸采用車 車拉工藝和高速外銑，連桿頸采用高速隨動外銑，全部采用干式切削；精加工采用數(shù)控磨床加工，具有自動進給、自動修正砂輪、尺安徽理工大學 畢業(yè)設(shè)計 5 寸和圓度自動補償、自動分度和兩端電子同步驅(qū)動等功能。主軸頸和連桿頸可一次裝夾全部磨削完畢；超精加工采用數(shù)控砂帶拋光機，帶尺寸控制裝置。 1． 6 國內(nèi)外曲軸加工工藝簡述 國內(nèi)曲軸加工工藝 國內(nèi)大部分專業(yè)廠家普遍采用普通機床和專用組合機床組成的流水線生產(chǎn) , 生產(chǎn)效率、自動化程度較低。粗加工設(shè)備多采用 S1 20 S1 217 或 S1130 車主支承頸及連桿銷頸 , 工序質(zhì)量的穩(wěn)定性較差 , 難以達到合理加工余量。外圓的磨銷余量一般單邊留 015～ 018mm。 止推面留單邊余量 013～ 014mm, 為保證成品尺寸 , 采取多次磨削方式。一般精加工采用 MQ8260 曲軸磨床粗磨 — 半精磨 — 精磨 — 拋光。通?？渴止げ僮?, 加工質(zhì)量不穩(wěn)定 , 廢品率高?！鞍宋濉逼陂g , 部分企業(yè)曾先后引進了數(shù)控內(nèi)銑床銑主支承頸和曲柄銷頸 , 數(shù)控磨床磨削 , 數(shù)控砂帶拋光機等設(shè)備 , 使曲軸的機加工水平提高 , 但整體工藝水平仍很低。曲軸的關(guān)鍵技術(shù)項目仍與國外相差 1～ 2 個數(shù)量級。 國外的機加工工藝 國外的機加工工藝大致可歸納為如下幾個特點 : (1) 廣泛采用數(shù)控技術(shù)和自動線 , 生產(chǎn)線一般由幾段獨立的自動化生產(chǎn)單元組成 , 具有很高的靈活性和適應(yīng)性。采用龍門式自動上下料 , 集放式機動滾道傳輸 , 切削液分粗加工與精加工兩段集中供應(yīng)和回收處理。 (2) 曲軸的主要加工工序基準中心孔 , 一般采用質(zhì)量定心加工方式 , 這樣在靜平衡時 , 加工量很少 , 整個曲軸的動不平衡量可達 20g cm 以內(nèi)。 (3) 軸頸的粗加工一般采用數(shù)控銑削或車拉工藝。工序質(zhì)量可達到國內(nèi)粗磨后的水平 , 且切削變形小、效率高。銑削和車拉是曲軸粗加工的發(fā)展方向。 (4) 國外的曲軸磨床均采用 CNC 控制技術(shù) , 具有自動進給、自動修正砂輪、自動補償和自動分度功能 , 使曲軸的磨削精度和效率顯著提高。主支承頸一般采用多片砂輪磨削 , 連桿銷頸一般采用雙砂輪或單砂輪磨削。 (5) 油孔的加工采用鼓輪鉆床和自動線 , 近幾年隨著槍鉆技術(shù)的應(yīng)用 , 油孔的加工大多已采用槍鉆自動線鉆孔 — 修緣 — 拋光。 (6) 曲軸的拋光采用 CNC 控制的砂帶拋光機 , 所有軸頸一次拋光只需 20 多秒 , 粗糙度可達 Ra014 以下 , 大大減小了發(fā)動機 的磨合期。 (7) 動平衡一般采用 CNC 控制的綜合平衡機 ,測量、修正一次完成。 (8) 檢驗一般在生產(chǎn)線上配備 MARPOSS 或 HOMWORK 綜合檢測機 , 實現(xiàn)在線檢測 , 對曲軸的幾乎所有機加工項目均可一次完成檢測、顯示和打印。 (9) 曲軸的清洗采用專用精洗機定點定位清洗 , 保證了曲軸清潔度要求。 安徽理工大學 畢業(yè)設(shè)計 6 (10) 廣泛采用了軸頸過渡圓角滾壓技術(shù)。專用圓角滾壓機自動控制 , 對所有軸頸圓角進行一次滾壓 , 而且滾壓力和滾壓角度可自動調(diào)節(jié) , 使圓角處產(chǎn)生最佳的殘余壓應(yīng)力 , 提高了曲軸的疲勞強度。 曲軸的幾種先 進制造技術(shù) （ 1） 數(shù)控車 車拉技術(shù) （ 2） 數(shù)控高速外銑技術(shù) （ 3） 數(shù)控內(nèi)銑技術(shù) （ 4） 數(shù)控磨削技術(shù) （ 5） 曲軸深油孔加工采用槍鉆技術(shù) 制造工藝的 發(fā)展概況 機械制造工藝研究的問題可歸結(jié)為質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟性三大類。 （ 1） 保證和提高產(chǎn)品的質(zhì)量 由于航空航天、精密機械、電子工業(yè)和軍工的需要，對零件的精度和表面質(zhì)量的要求越來越高，相繼出現(xiàn)了新工藝和新技術(shù)。如精密加工、超精密加工和微細加工等，加工精度由 1μ m 級提高到 m? 級～ m? 級，并正向納米 (nm)級精度邁進。 （ 2） 提高勞動生產(chǎn)率 提高勞動生產(chǎn)率的方法有三種。一是提高切削用量，采用高速切削、高速磨削和重磨削。二是改進工藝方法、創(chuàng)造新工藝如利用鍛壓設(shè)備實現(xiàn)少無切削加工，對高強度、高硬度的難切削材料采用特種加工等。三是提高自動化程度，實現(xiàn)高度自動化。如采用數(shù)控機床、加工中心、柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)、成組技術(shù)和無人化車間或工廠等。 （ 3） 降低成本 降低成本要節(jié)省和合理選擇材料，研究新材料；合理使用和改進現(xiàn)有設(shè)備，研制高效設(shè)備等。 夾具從產(chǎn)生到現(xiàn)在，大約可以分為三個階段：第一個階段主要表現(xiàn)在夾具與人的結(jié)合上，這是夾具主要是作為人的單純的輔助工具，是加工過程加速和趨于完善；第二階段，夾具成為人與機床之間的橋梁，夾具的機能發(fā)生變化，它主要用于工件的定位和夾緊。人們越來越認識到，夾具與操作人員改進工作及機床性能的提高有著密切的關(guān)系，所以對夾具引起了重視；第三階段表現(xiàn)為夾具與機床的結(jié)合，夾具作為機床的一部分，成為機械加工中不可缺少的工藝裝備。 隨著機械工業(yè)的迅速發(fā)展，對產(chǎn)品的品種和生產(chǎn)率提出了愈來愈高的要求，使多品種，中小批生產(chǎn)作為機 械生產(chǎn)的主流，為了適應(yīng)機械生產(chǎn)的這種發(fā)展趨勢，必然對機床夾具提出更高的要求。它主要表現(xiàn)在以下幾個方面： （ 1） 加強機床夾具的三化工作 安徽理工大學 畢業(yè)設(shè)計 7 為了加速新產(chǎn)品的投產(chǎn)，簡化設(shè)計工作，加速工藝裝備的準備工作，以獲得良好的技術(shù)經(jīng)濟效果，必須重視機床夾具的標準化，系列化和通用化工作。 （ 2） 大力研制推廣實用新型機床夾具 在單件，小批生產(chǎn)或新產(chǎn)品試制中，應(yīng)推廣使用組合夾具和半組合夾具。在多品種，中小批生產(chǎn)中，應(yīng)大力推廣使用可調(diào)夾具，尤其是成組夾具。 （ 3） 提高夾具的機械化，自動化水平 近十幾 年來，高效，自動化夾具得到了迅速的發(fā)展。主要原因是：一方面是由于數(shù)控機床，組合機床及其它高效自動化機床的出現(xiàn)，要求夾具能適應(yīng)機床的要求，才能更好的發(fā)揮機床的作用 。 本文研究內(nèi)容 曲軸 是發(fā)動機上的一個重要的機件 ， 其材料是由碳素結(jié)構(gòu)鋼或球墨鑄鐵制成的，有兩個重要部位：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(gòu) 。 曲軸的潤滑主要是指與搖臂間軸瓦的潤滑和兩頭固定點的潤滑 。 這個一般都是壓力潤滑的，曲軸中間會有油道和各個軸瓦相通，發(fā)動機運轉(zhuǎn)以后 靠機油泵提供壓力供油進行潤滑、降溫。發(fā)動機工作過程就是，活塞經(jīng)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(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動。曲軸的旋轉(zhuǎn)是發(fā)動機的動力源。 同時 ， 曲軸還驅(qū)動配氣機構(gòu)以及其它各輔助裝置 。 本文中詳細記載了 柴油機曲軸 機械加工工藝規(guī)程的制訂過程以及專用夾具設(shè)計 過程 等。 安徽理工大學 畢業(yè)設(shè)計 8 2 制訂機械加工工藝規(guī)程 計算生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類型 生產(chǎn)綱領(lǐng)的大小對生產(chǎn)組織和零件加工工藝過程起著重要的作用，它決定了個工序所需專業(yè)化和自動化的程度以及所選用的工藝方法 和工藝裝備。本文中所引用的柴油機年產(chǎn)量為 15000 臺，設(shè)其備品率為 10%，機械加工廢品率為 1%，現(xiàn)制訂該柴油機曲軸零件 的機械加工工藝規(guī)程。 由零件生產(chǎn)綱領(lǐng)計算公式： (1 % % )N Q n ??? ? ? 得： (1 % % )N Q n ??? ? ? 1 5 0 0 0 1 (1 1 0 % 1 % )? ? ? ? ? 16650 /? 件 年 （ 21） 生產(chǎn)綱領(lǐng)決定生產(chǎn)類型，但是生產(chǎn)類型與零件的大小和復(fù)雜程度有關(guān)，由曲軸的年產(chǎn)量，且已知該零件為輕型零件 ，根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》 表 型與生產(chǎn)綱領(lǐng)的關(guān)系，可確定其生產(chǎn)關(guān)系為大批生產(chǎn)。 審查零件圖樣的工藝性 曲軸的結(jié)構(gòu)特點 作為活塞式發(fā)動機主要構(gòu)件之一，曲軸與連桿、活塞等組成的曲柄滑塊機構(gòu)將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運動并輸出機械能。曲軸在整個運動和能量傳遞過程中受力狀況復(fù)雜 :一方面承 受很大的交變扭矩，另一方面又承受著大小和方向不斷變化著的彎曲力矩，是承受載荷最大的零件之一。因此柴油機對曲軸的強度與剛性要求都很高。 零件圖樣分析 曲軸零件圖樣見圖 21所示。 安徽理工大學 畢業(yè)設(shè)計 9 圖 21（ a）右視圖 安徽理工大學 畢業(yè)設(shè)計 10 圖 21（ b）主視圖 零件圖樣分析如下： （ 1）曲軸的連桿軸 頸與 主 軸頸偏心距為 ? ，在加工時應(yīng)注意回轉(zhuǎn)平衡。 （ 2）主軸頸和兩岸軸頸連接 的 各處為光滑圓角，其目的是減少應(yīng)力集中。 （ 3） 10:1 錐面涂色檢查，其接觸面不少于 %80 。 （ 4）加工后應(yīng)清除油孔內(nèi)一切雜物。 （ 5）保證主軸頸與連桿軸頸的圓柱度公差為 。 （ 6）保證主軸頸的外圓全跳動公差為 （ 7）保證連桿軸頸Φ 65軸線對Φ 70h6 軸線平行度公差為 。 （ 8）保證 02:1 錐度對Φ 70h6 軸線的圓跳動公差為 。 （ 9）保證鍵槽 ? 軸線 對 02:1 錐度軸線的 平行度 公差為 。 安徽理工大學 畢業(yè)設(shè)計 11 選擇毛坯 常用毛坯種類有：鑄件、鍛件、焊件、沖壓件。各種型材和工程塑料件等。在確定毛坯時，一般要綜合考慮以下幾個因素： （ 1）依據(jù)零件的材料及機械性能要求確定毛坯。例如，零件材料為鑄鐵，須用鑄造毛坯；強度要求高而形狀不太復(fù)雜的鋼制品零件一般采用鍛件。 （ 2）依據(jù)零件的結(jié)構(gòu)形狀和外形尺寸確定毛坯，例如結(jié)構(gòu)比較的零件采用鑄件比鍛件合理；結(jié)構(gòu)簡單的零件宜選用型材，鍛件；大型軸類零件一般都采用鍛件。 （ 3）依據(jù)生產(chǎn)類型確定毛坯。大批大量生產(chǎn)中，應(yīng)選用制造 精度與生產(chǎn)率都比較高的毛坯制造方法。例如模鍛、壓力鑄造等。單件小批生產(chǎn)則采用設(shè)備簡單甚至用手工的毛坯制造方法，例如手工木模砂型鑄造。 （ 4）確定毛坯時既要考慮毛坯車間現(xiàn)有生產(chǎn)能力又要充分注意采用新工藝、新技術(shù)、新材料的可能性。 毛坯制造方