【正文】 在我進(jìn)行課題內(nèi)容的研究中，從技術(shù)上給予了我極大的幫助和支持，而且在論文的最后評(píng)閱過(guò)程中，也給我提出了非常有價(jià)值的意見，使我獲益極深。無(wú)論是在課題立項(xiàng)還是在課題的研究階段，汪老師都給了我很大的幫助。高速、高效加工在曲軸制造業(yè)已有相當(dāng)程度的應(yīng)用，并成為主要發(fā)展方向，相信曲軸制造技術(shù)在將來(lái)會(huì)有更新、更快的發(fā)展。本論文課題涉及鑄、銑、車、磨、滾壓、熱處理等多種工藝。對(duì)曲軸從毛坯鑄鍛—機(jī)械加工—熱處理—表面強(qiáng)化處理全工藝的分析研討，使對(duì)機(jī)械零件的制造工藝有較深入的掌握。滾壓輪采用浮動(dòng)方式裝配， 有利于在滾壓時(shí)自動(dòng)找正圓角 曲軸彎曲變形測(cè)量機(jī)，測(cè)量時(shí)由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將曲軸送至測(cè)試位 ，使擺差傳感器和各主軸頸接觸，然后驅(qū)動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)便可測(cè)得各主軸頸處的跳動(dòng)值 ，從而判斷曲軸滾壓后的彎曲變形情況。曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由車床主軸驅(qū)動(dòng)，尾部用頂尖頂住曲軸中心孔?？捎脟?guó)產(chǎn)普通機(jī)床改造成圓角滾壓機(jī)。(3)單拐滾壓機(jī)床。 (4) 滾壓結(jié)束后 ，檢查滾壓表面粗糙度是否合格，表面過(guò)粗時(shí)則檢查滾壓軸是否正常轉(zhuǎn)動(dòng) (1)整體式圓角滾壓機(jī)床屬專用機(jī)床，同時(shí)滾壓多個(gè)軸頸圓角 ，效率較高。 (2) 在滾壓前仔細(xì)檢查圓角的大小 、成形性 、深淺一致性、表面粗糙度是否符合工藝要求，檢查主軸頸長(zhǎng)短是 否符合工藝要求 。(3)其他因素影響 圓角成形性、深淺一致性、檔寬公差大小和毛坯缺陷等對(duì)滾壓變形都有較大影響。實(shí)際生產(chǎn)中可選擇曲軸轉(zhuǎn)速為3O一60 drain。在生產(chǎn)中，以滾壓8—10圈為佳。滾壓力的大小與工件材料、軸頸大小、圓角大小、滾輪直徑等因素有關(guān)。（2）滾壓控制系統(tǒng)滾壓系統(tǒng)的控制系統(tǒng)包括開關(guān)量輸人輸出控制、模擬量輸人輸出控制和強(qiáng)電控制．其控制系統(tǒng)組成由，強(qiáng)電控制由繼電器、接觸器等低壓電器組成，用于液壓系統(tǒng)交流電機(jī)啟?？刂坪驼麄€(gè)系統(tǒng)的電力供應(yīng)控制機(jī)控制系統(tǒng)完成，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由上層管理計(jì)算機(jī)、實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)和順序控制計(jì)算機(jī)組成 上層管理計(jì)算機(jī)完成整個(gè)系統(tǒng)的控制管理 包括用戶界面顯示、系統(tǒng)工作參數(shù)設(shè)置、擺差測(cè)試數(shù)據(jù)處理及專家系統(tǒng)校直方案確定．為獲得較好的界面顯示和較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，采用IPc586作為上層管理計(jì)算機(jī)，它與其計(jì)算機(jī)通過(guò)通訊端口相連；實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)用于對(duì)各被控對(duì)象的實(shí)時(shí)控制，包括伺服電機(jī)、各步進(jìn)電機(jī)和各滾壓鉗的加載曲線控制，為保證實(shí)時(shí)性，采用各對(duì)象單獨(dú)控制的方式，即對(duì)于四只滾壓鉗的加載壓力控制分別用四只單片機(jī)，而伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的脈沖控制采用一個(gè)單片機(jī)，各單片機(jī)之同的工作通過(guò)各自的I／0端口來(lái)協(xié)調(diào)單片機(jī)與上層管理計(jì)算機(jī)和PLC之間分別由串行口和I／O 端口聯(lián)系；系統(tǒng)的順序動(dòng)作由PLC 控制，包括各油缸電磁閥的控制、操作面板的命令接收、各行程開關(guān)動(dòng)作信息接收、報(bào)警狀態(tài)信息的接收與輸出。 (4)毛坯有缺陷也會(huì)對(duì)曲軸滾壓變形有很大的影響，必須對(duì)毛坯缺陷進(jìn)行檢驗(yàn)把關(guān)。注意：(1)如果球鐵曲軸鑄造經(jīng)熱處理后仍存在較大的鑄造應(yīng)力，那么經(jīng)圓角滾壓后應(yīng)力將重新分布，這樣就勢(shì)必造成較大的滾壓彎曲變形，應(yīng)進(jìn)行時(shí)效處理；(2)如果在粗加工階段采用多刀曲軸車床切削曲軸主軸頸和連桿頸，則存在較大的加工應(yīng)力，滾壓后就會(huì)產(chǎn)生較大的彎曲變形，應(yīng)在曲軸粗加工后進(jìn)行一次去應(yīng)力回火處理消除加工應(yīng)力，曲軸主軸頸和連桿頸的加工應(yīng)力就大大減小。(2) 滾壓次（圈）數(shù)以滾壓 8～10為佳，滾壓次數(shù)較少時(shí)，達(dá)不到應(yīng)有的塑性變形，次數(shù)過(guò)多時(shí)，容易破壞塑性變形帶。 曲軸圓角滾壓的工藝參數(shù)的選擇 (1)滾壓力 F滾壓力的大小與工件材料、軸頸大小、圓角大小、滾輪直徑等因素有關(guān)。圓角沉割滾壓雖然避免了上述兩種滾壓方式的缺陷，但對(duì)前道工序要求較高，必須有專用的精密機(jī)床保證才能達(dá)到，資金投入較大。 圖15 滾壓鉗結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1保持架 2支撐輪 3軸承 4銷軸 5滾壓輪 滾壓頭夾緊的圓角滾壓方法 由于切線滾壓會(huì)引起曲軸彎曲變形導(dǎo)致曲軸的軸頸跳動(dòng)較尺，造成軸頸期非正常磨損，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能及正常使用。圓角沉割滾壓消除了以上兩種滾壓方法存在的不足 ，另外圓角沉割還可以使應(yīng)力分散。半精加工后滾壓就是在曲軸精磨成形之前進(jìn)行滾壓強(qiáng)化，這樣可避免滾壓起臺(tái)，但在后續(xù)工序中將塑性 變形帶磨去一部分，故目前很少采用。切線滾壓容易在軸頸表面和側(cè)表面擠出一線凸臺(tái)，需在后續(xù)工序中進(jìn)行處理，另外，在軸頸感應(yīng)淬火后進(jìn)行滾壓，容易引起較大的彎曲變形，需進(jìn)行滾壓校直處理。圓角滾壓可使圓角表面粗糙度達(dá)到 ，從而大大減小了圓角處的應(yīng)力集中，提高了疲勞強(qiáng)度 。 (2) 滾壓使圓角處形成高硬度的致密層，硬度提高，使曲軸的機(jī)械強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度得到提高。此外，曲軸還承受慣性力矩、輸出扭矩、扭振力矩的作用，因此在圓角過(guò)渡處交變應(yīng)力大而復(fù)雜，由于軸頸經(jīng)過(guò)磨削后在表面留有刀痕，極易引起應(yīng)力集中，在長(zhǎng)時(shí)間的循環(huán)作用下便會(huì)產(chǎn)生裂紋，最終導(dǎo)致疲勞斷裂。研究了殘余應(yīng)力對(duì)曲軸疲勞壽命的影響，表明，曲軸的圓角處是曲軸應(yīng)力集中最嚴(yán)重的部位，在發(fā)動(dòng)機(jī)中工作時(shí)承受很大的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，因此它的疲勞破壞一般發(fā)生在曲軸軸頸和曲柄連接的過(guò)渡圓角處。在該殘余應(yīng)力狀態(tài)下工件可以獲得最佳的疲勞壽命。隨后國(guó)內(nèi)外對(duì)殘余應(yīng)力提高疲勞壽命作了一些研究，但大多都是以個(gè)別應(yīng)力分量作為疲勞失效準(zhǔn)則的。2）裂紋閉合的影響曲軸圓角經(jīng)過(guò)滾壓后產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力能夠平衡曲軸加工和工作時(shí)的表面產(chǎn)生的拉應(yīng)力，使零件的表面處于壓應(yīng)力狀態(tài)，殘余壓應(yīng)力的存在可以使裂紋的尖端閉合，同時(shí)還可以抑制裂紋尖端的繼續(xù)擴(kuò)展。由公式(1)可以看出，R值的下降能夠提高裂紋開始擴(kuò)展的界限應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值△Kth 那么在一定交變載荷條件下，原來(lái)可能發(fā)生擴(kuò)展的類裂紋，在有殘余壓應(yīng)力存在的情況下，由于△Kth 值得到提高，要使裂紋擴(kuò)展，則必須繼續(xù)增大交變應(yīng)力。當(dāng)有平均應(yīng)力存在條件下，界限應(yīng)力強(qiáng)度因子幅為mth={(△K)}／{1+(1+R)／(1一R)} (1)。曲軸經(jīng)過(guò)圓角滾壓可以使圓角表面粗糙度達(dá)到Ra01u m 以下，這樣就大大減少了圓角處的應(yīng)力集中，大大提高了曲軸的疲勞強(qiáng)度（3) 殘余壓應(yīng)力機(jī)理目前，主要通過(guò)應(yīng)力強(qiáng)度因子與裂紋閉合的影響兩種途徑進(jìn)行研究。曲軸圓角滾壓加工相當(dāng)于一個(gè)低粗糙度的硬表面在另一個(gè)高粗糙度的軟表面上滾動(dòng)。在交變應(yīng)力作用下，疲勞源總是出現(xiàn)在應(yīng)力集中的地方，應(yīng)力集中促使疲勞裂紋的形成和擴(kuò)展表面越粗糙、缺陷的缺口底部越尖銳、缺口深度越大則有效應(yīng)力集中系數(shù)值越大，應(yīng)力集中越嚴(yán)重，因此疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命是隨表面粗糙度的下降而增加，即表面越粗糙，疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命降低就越嚴(yán)重。滾壓表面甚至出現(xiàn)鱗片狀波紋、花斑、表面變脆脫皮等現(xiàn)象，將降低曲軸的疲勞壽命 。亞晶粒的細(xì)化和位錯(cuò)密度增高這些變化將會(huì)顯著提高材料的屈服強(qiáng)度和疲勞性能 。晶界能夠阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，由于晶粒的位向不同，因此它們之間相互約束，阻礙晶粒的變形。金屬塑性變形的最基本方式是滑移，即一部分晶體沿某一晶面和晶向相對(duì)于另一部分晶體發(fā)生相對(duì)滑移。本文將從微觀組織、表面質(zhì)量和殘余壓應(yīng)力強(qiáng)化機(jī)理三個(gè)方面進(jìn)行闡。生產(chǎn)過(guò)程中要根據(jù)測(cè)量報(bào)告調(diào)整軸頸錐度，必須同時(shí)考慮軸頸兩端的直徑差值和巴厘線的高度。 圖11拋光主軸頸巴厘線能夠在高扭矩狀態(tài)下，避免曲軸軸頸與軸瓦出現(xiàn)邊角接觸；連桿頸巴厘線則有益于動(dòng)壓油膜的建立。 (3)拋光 用橡膠磨頭對(duì)倒角和過(guò)渡圓弧進(jìn)行拋光。一 y)Y1= L2X1= [ (D ／ 2) 2 一L22 ] 1/2根據(jù)連桿軸頸圃的方程與油孔中心線方程即可求出油孔出口坐標(biāo)B(x2 y2） 因此油孔在圖l0坐標(biāo)中長(zhǎng)變?yōu)镾xy =(x1+x2) 2 +(y2+y1)2 ]21/2可知． 油孔實(shí)際長(zhǎng)度及入鉆角S = (sxy2 + L12 )1/2 β=1g1 (sxy/L1)圖10油孔實(shí)際長(zhǎng)度及入鉆角（1)成形 用成形磨頭倒角油孔外形； (2)去尖角 用另一個(gè)倒圓錐形的磨頭去除油孔倒角與油孔相交處的銳邊尖角。D與d分別為主軸和連桿軸徑．L為曲軸升程，L1 為兩孔中心距離在曲軸軸線方向的投影，L2為油孔鉆入點(diǎn)與主軸頸中心線之間的距離， Y為油孔中心與由軸軸線垂直平面的夾角。圖8 曲軸斜油孔加工結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圖9 專用機(jī)床總圖 1床身 2精密機(jī)械滑臺(tái)3精密鏜削頭4受油氣 5集屑箱 6刀具 7小滑臺(tái) 8夾具曲軸油孔分布位置不同，產(chǎn)品圖紙所給出的設(shè)計(jì)參數(shù)不同，因而曲軸油孔加工工藝參數(shù)的計(jì)算方法也就不同，但需要計(jì)算的項(xiàng)目，如用來(lái)確定鉆頭長(zhǎng)度和行程長(zhǎng)度的油孔實(shí)際長(zhǎng)度s、入鉆角β、鉆孔時(shí)鉆頭軸心線高度 h、用以保證圖紙規(guī)定的油孔中心線處于水平狀態(tài)的工藝墊高H還是相同的。、對(duì)刀精度：，夾具：液壓夾緊裝置，潤(rùn)滑油：MF20T潤(rùn)滑油。所以，在加工時(shí)首先要保證斜油孔的進(jìn)口和出口位置，其次要保證細(xì)長(zhǎng)油孔在軸頸方向不偏移，因此對(duì)細(xì)長(zhǎng)油孔鉆模應(yīng)常予檢查。此工序主要保證鉆斜油孔的角度和它的進(jìn)出口位置。 圖7 連桿頸中心線平行度計(jì)算示意圖連桿頸中心線平行度的間接評(píng)價(jià)方法1 4檔連桿頸行程1 4檔連桿頸扭度中心線平實(shí)際差值換算差值實(shí)際差值換算差值(注：換算系數(shù)取密削時(shí)兩檔連桿頸之間的間距和被評(píng)價(jià)連桿頸長(zhǎng)度之比。 根據(jù)連桿頸中心線平行度測(cè)量結(jié)果，實(shí)際平行度值比理論計(jì)算值偏大，可能的因是，夾緊時(shí)工件的彈性變形和工件主軸頸跳動(dòng)本身徑向偏差造成的。它們之間的評(píng)價(jià)關(guān)系見表2。然后對(duì)被評(píng)價(jià)的連桿頸用三座標(biāo)儀測(cè)出左右兩個(gè)截面和計(jì)算出連桿頸的實(shí)際中心線位置，并將該中心線延長(zhǎng)到被評(píng)價(jià)的長(zhǎng)度(如將連桿頸中心線平行度評(píng)價(jià)長(zhǎng)度取25 mm)，取被評(píng)價(jià)中心線兩端的坐標(biāo)與主軸頸中心線進(jìn)行比較，計(jì)算出被評(píng)價(jià)中心線兩端坐標(biāo)在連桿頸行程方向(Y向)和連桿頸對(duì)稱度方向(z向)的坐標(biāo)差值△y ,△x，連桿頸中心線平行度p2=△y2 +△x2．如圖7所示采用偏心夾具磨削連桿頸產(chǎn)生的連桿頸中心線平行度偏差．其實(shí)質(zhì)是磨削時(shí)2個(gè)定位主軸頸軸頸中心相對(duì)位置發(fā)生了偏差嘲，反映到可測(cè)量的工件尺寸上．一個(gè)是兩檔連桿頸行程的差值，另一個(gè)是兩檔連桿頸對(duì)稱度方向的差值(俗稱扭度)。 mm。在曲軸零件尺寸中有一個(gè)連桿頸中心平行度的尺寸要求。（2）磨削參數(shù)磨削速度：200 m／s，工件轉(zhuǎn)速：1000r／min以上，縱向進(jìn)給速度：～2 mm／s，徑向切深：～。假設(shè)裝工件及卸工件時(shí)間各為30s．那么此曲軸的加工節(jié)拍為540s．即9分鐘。（2）切削參數(shù) 主軸頸銑削 ：(1)右刀盤銑夾板面及P1連桿頸，左刀盤銑夾板面及M3主軸頸，M2處用專用中心架支撐。刀片采用螺釘夾緊．刀片材料用碳化鎢合金不重磨刀片．每個(gè)刀片可重復(fù)使用4—6次。 銑主軸頸、連桿頸（1）工裝設(shè)備設(shè)備：曲軸數(shù)控銑床；夾具：液壓三爪自定心左、右卡盤；，刀具：銑刀盤分主軸頸銑刀盤和連桿頸銑刀盤．刀盤用4個(gè)鍵和主軸聯(lián)接刀盤組成。考慮到修正中心孔時(shí)切削余量分布不均勻，對(duì)主軸的徑向和軸向剛性要求較高．經(jīng)分析比較，通用的3號(hào)高精度級(jí)鏜削頭(其主軸支承軸承精度等級(jí)為B級(jí))的主軸支承結(jié)構(gòu)最為合適．并對(duì)其主軸進(jìn)行修設(shè)計(jì)．便于與刀具連接．縮短主軸懸伸長(zhǎng)度，提高主軸剛性。為此，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)以下3種形式的動(dòng)力頭進(jìn)行了選用技術(shù)分析。為了解決曲軸兩端中心孔與主軸頸之間的同軸度問(wèn)題，設(shè)計(jì)時(shí)將曲軸在專機(jī)夾具中的定位基準(zhǔn)定在曲軸的第一、第七主軸頸(6缸曲軸)或第一、第