【正文】 靜壓圓型導(dǎo)軌，無(wú)爬行現(xiàn)象，確保持久的高精確度（ X 軸導(dǎo)軌，進(jìn)給絲杠，止推軸承）；減震抗扭轉(zhuǎn)床身，使用礦物的合成材料澆注而成，具有良好的吸震抗彎功能；砂輪軸適用于高達(dá) 140m/s 的磨削。該磨床具有四片 CBN 砂輪，每片均可獨(dú)立磨削，一次裝夾可磨削全部主軸頸和連桿頸。 本章小結(jié) 本章主要基于 CAD 軟件對(duì)曲軸進(jìn)行二維的工藝規(guī)程的編制，并對(duì)加工余量，工序尺寸及毛壞尺寸的確定。 18 第 4 章 Pro/E 曲軸建模 Pro/E 軟件是美 國(guó) 公司開發(fā)的一套機(jī)械 CAD/CAM 軟件，它集零件設(shè)計(jì)、大型組件設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、模具開發(fā)、數(shù)控加工、運(yùn)動(dòng)分析等功能于一體，具有參數(shù)化設(shè)計(jì)、特征驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)，是世界上應(yīng)用最廣泛的 CAD/CAM 軟件之一 。 Pro/E 軟件是最早使用參數(shù)化建模的 CAD 軟件， 參數(shù)化是 Pro/E 的核心技術(shù)，無(wú)論多么復(fù)雜的零件模型，都可分解為有限數(shù)量的構(gòu)成特征，每一種構(gòu)成特征，都可以有限的參數(shù)完全約束，這就是參數(shù)化的概念。 使用參數(shù)化建模的主要優(yōu)點(diǎn)就是當(dāng)改變模型的一個(gè)尺寸時(shí)，其他與這個(gè)尺寸相關(guān)的尺寸都隨之改變，這樣就使設(shè)計(jì)變得相對(duì)簡(jiǎn) 單。 曲軸的結(jié)構(gòu)及特征創(chuàng)建順序分析 仔細(xì)分析曲軸的結(jié)構(gòu)可以看出，曲軸的飛輪端、自由端 、主軸頸、連桿軸頸以及曲拐都可以由等截面的圖形拉伸而成。再考慮到曲軸是對(duì)稱的，可以先建立一半曲軸特征，鏡像生成完整的曲拐部分，然后分別創(chuàng)建曲軸前后端， 最后再考慮曲軸中的油道、油孔 部分 。 曲軸三維建模基本過(guò)程 建立零件設(shè)計(jì)文件 （ 1）雙擊打開 Pro/E 軟件圖標(biāo)， 進(jìn)入工作界面，選取 “ 文件 ” 中的 “ 設(shè)定工作目錄 ” ，以便于文件的查找，使用。 （ 2）單擊工具欄上的“ 新建 ”按鈕，在打開的“ 新建 ”對(duì)話框中選擇“類 型”為“零件”，“子類型”選擇為實(shí)體，輸入文件名，取消“使用缺省模板”復(fù)選框，單擊確定，在打開的“新文件選項(xiàng)”中選擇模板“ mmnspartsolid” ,單擊確定按鈕 [10]。 建立曲柄模型 （ 1） 單擊窗口右側(cè)工具欄中的 “ 拉伸工具 ” 按鈕打開 “ 拉伸工具 ” 操作板，單擊 “ 草繪 ” 按鈕， 選取“ RIGHT”面作為草繪平面，選取“ TOP”面作為參照平面，參照方向?yàn)椤白蟆?，單擊草繪按鈕，在草繪環(huán)境中以主軸頸的直徑繪制一個(gè)圓，單擊草繪器中的確定按鈕，在拉伸長(zhǎng)度處輸入主軸頸長(zhǎng)度的一半，單擊確定按鈕，完成特征的 創(chuàng)建。 （ 2）重復(fù)以上步驟，選取拉伸出的面作為草繪平面，選取“ TOP”面作為參照平面，參照方向?yàn)椤白蟆?，單擊草繪按鈕，在草繪環(huán)境中以 R60 繪制一個(gè)圓， 單擊草繪器 19 中的確定按鈕，在拉伸長(zhǎng)度處輸入“ 1” ，完成特征的創(chuàng)建。如圖 所示。 圖 第一段主軸頸特征 圖 第一個(gè)曲拐 （ 3） 單擊窗口右側(cè)工具欄中的 “ 拉伸工具 ” 按鈕打開 “ 拉伸工具 ” 操作板，單擊 “ 草繪 ” 按鈕， 選取上步拉伸出面作為草繪平面，選取“ TOP”面作為參照平面，參照方向?yàn)椤白蟆?，單?草繪按鈕，在草繪環(huán)境中繪制曲拐平面，單擊草繪器中的確定按鈕，在拉伸長(zhǎng)度處輸入“ 17” ，完成特征的創(chuàng)建，如圖 所示。 （ 4）重復(fù)上述步驟，建立建立連桿軸頸，長(zhǎng)度為實(shí)際連桿軸頸的一半。 （ 5） 在需要的地方進(jìn)行倒圓角操作，方法是：左鍵單擊要倒圓角的便所在的特征，再單擊要選擇的邊，按住 Ctrl 鍵 ,依次選擇要倒同樣圓角的邊，按住右鍵，在彈出的菜單中選擇“倒圓角”命令，修改圓角值，單擊確定按鈕。結(jié)果如圖 、圖 所示。 圖 倒平衡重圓角 圖 倒曲柄和平衡重 連接處圓角 （ 6）按住 Ctrl 鍵，用鼠標(biāo)連續(xù)選取模型樹已經(jīng)建好的所有特征，鼠標(biāo)右擊選取的特征，在彈出的菜單中選擇“組”命令。然后選取模型樹中的組，在工具欄中單擊鏡像按鈕，選取連桿軸頸的拉伸出的面，單擊確定，完成特征的創(chuàng)建，如圖 所示。 20 圖 鏡像得到的結(jié)果 圖 第二段曲拐草繪圖 （ 7）重復(fù)步驟 6，建立下一段曲柄，如圖 所示。 （ 8）按住 Ctrl 鍵，用鼠標(biāo)連續(xù)選取模型樹已經(jīng)建好的所有特征，鼠標(biāo)右擊選取的特征，在彈出 的菜單中選擇“組”命令。然后選取模型樹中的組，在工具欄中單擊鏡像按鈕，選取主軸頸右端的的面，單擊確定按鈕，完成特征的創(chuàng)建，如圖 所示。 圖 鏡像完成的曲軸主體部分 （ 9） 繪制潤(rùn)滑油道。進(jìn)入草繪頁(yè)面，分別以連桿軸頸和主軸頸中心作兩條輔助線畫一個(gè)寬 的矩形，點(diǎn)確定 。 占擊掃描，去除去材料，點(diǎn)擊確定，畫出潤(rùn)滑油道。用同樣的辦法繪制其他油道，并倒 的圓角。如圖 所示 。 21 圖 繪制曲軸油孔并倒圓角 建立曲軸自由端特征 （ 1） 單擊窗口右側(cè)工具欄中的 “ 拉伸工具 ” 按鈕打開 “ 拉 伸工具 ” 操作板，單擊“ 草繪 ” 按鈕， 選取曲軸左端作為草繪平面，選取“ TOP”面作為參照平面，參照方向?yàn)椤白蟆?，單擊草繪按鈕，在草繪環(huán)境中繪制草繪圖形，在拉伸深度處輸入值，預(yù)覽后，點(diǎn)擊確認(rèn)按鈕。 （ 2）重復(fù)上述步驟，輸入相應(yīng)的尺寸數(shù)值，建立自由端的第二、三段伸出軸頸，并對(duì)軸頸相交處創(chuàng)建圓角特征。所建立的自由端伸出軸頸如圖 所示。 圖 建立的自由端伸出軸頸 （ 3） 單擊窗口右側(cè)工具欄中的 “ 孔特征 ” 按鈕打開 “ 孔特征 ” 操作板 ，在 “ 孔特 22 征 ” 操作板 中點(diǎn)擊“放置 ” 按鈕，選擇曲軸自由端左側(cè)面為放置孔的平面，輸入次 參考位置，輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，預(yù)覽后點(diǎn)擊確認(rèn)按鈕，完成孔特征的創(chuàng)建。如圖 所示。 圖 建立的自由端孔特征 建立曲軸后端特征 （ 1） 單擊窗口右側(cè)工具欄中的 “ 拉伸工具 ” 按鈕打開 “ 拉伸工具 ” 操作板，單擊“ 草繪 ” 按鈕， 選取曲軸右端作為草繪平面，選取“ TOP”面作為參照平面，參照方向?yàn)椤坝摇保瑔螕舨堇L按鈕，在草繪環(huán)境中繪制草繪圖形，在拉伸深度處輸入值，預(yù)覽后，點(diǎn)擊確認(rèn)按鈕。 （ 2） 重復(fù)上步操作，在新拉伸出的面上在創(chuàng)建一個(gè)拉伸特征。 （ 3） 單擊窗口右側(cè)工具欄中的 “ 孔特征 ” 按鈕打開 “ 孔特征 ” 操作 板 ，在 “ 孔特征 ” 操作板 中點(diǎn)擊“放置 ” 按鈕，選擇曲軸右端右側(cè)面為放置孔的平面，輸入次參考位置，點(diǎn)擊螺紋孔“按鈕”輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，預(yù)覽后點(diǎn)擊確認(rèn)按鈕，完成螺紋孔特征的創(chuàng)建 。 （ 4） 單擊窗口右側(cè)工具欄中的 “ 孔特征 ” 按鈕打開 “ 孔特征 ” 操作板 ，在 “ 孔特征 ” 操作板 中點(diǎn)擊“放置 ” 按鈕，選擇步驟 1 中拉伸出的面作為孔的放置平面，依次按照尺寸要求建立三個(gè)相隔 60 的螺紋孔特征。 （ 5） 將上步創(chuàng)建的三個(gè)螺紋孔編成組，選中編成的組，點(diǎn)擊 窗口右側(cè)工具欄中的“ 鏡像 ” 按鈕 ，選擇“ FRONT” 平面作為鏡像平面，預(yù)覽后點(diǎn)擊確認(rèn)按鈕。建立好的曲軸后端特征如圖 所示。 23 圖 曲軸后端特征 本章小結(jié) 本章應(yīng)用 Pro/E 軟件對(duì)設(shè)計(jì)的曲軸進(jìn)行了特征的設(shè)計(jì)，應(yīng)用 Pro/E 的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的構(gòu)造特征方法建立了曲軸的三維模型，包括對(duì)主軸頸、連桿軸頸、油道、螺紋孔等實(shí)體特征。 24 第 5 章 編制曲軸三維工藝規(guī)程 曲軸三維工藝規(guī)程編制 10 工序：銑兩端面鉆中心孔。銑兩端面，總長(zhǎng) 437mm，定位及夾緊： 5主軸頸。 在兩端面中心鉆一對(duì)中心孔，定位及夾緊： 5 主軸頸，建模及 圖如圖 。 圖 銑兩端面鉆中心孔 20 工序：車與主軸頸同軸的所有軸頸。粗、精車與主軸頸同軸的所有軸頸，主軸頸Φ 50mm、法蘭盤外圓Φ 60mm、小頭所有外圓Φ 38mm、Φ 32mm、Φ 24mm，留磨量 。定位及夾緊：主軸頸中心孔，建模及圖如圖 所示。 圖 車所有主軸頸 25 30 工序：車所有連桿軸頸。粗、精車所有連桿軸頸及平衡重外圓 R73mm，連桿軸頸Φ 42mm，留磨量 ，定位及夾緊 : 5 主軸頸 ，第三主軸頸采用輔助支撐，建模及圖如圖 所示。 圖 車所有連桿軸頸 40 工序：銑平衡重。銑平衡重至大頭寬 110mm、小頭寬 80mm，定位及夾緊 : 5主軸頸，第三主軸頸采用輔助支撐，建模及圖如圖 所示。 圖 銑平衡重 圖 銑鍵槽 50 工序：鉆法蘭盤。鉆法蘭盤導(dǎo)向孔 6M最深 17mm。定位及夾緊 : 5 主軸頸，第三主軸頸采用輔助支撐，建模及圖如圖 所示。 26 圖 鉆法蘭盤 圖 攻絲 60 工序：加工孔。小頭攻絲Φ 13mm 深 31mm。建模及圖如圖 所示。 70 工序：鉆油孔。鉆油孔Φ 主軸頸上Φ 。建模及圖如圖 所示。 圖 鉆油孔 80 工序：銑鍵槽。銑鍵槽寬 5mm、深 。建模及圖如圖 。 90 工序：磨與主軸頸同軸的軸頸。磨與主軸頸同軸的所有軸頸至圖樣要求。定位及夾緊：兩端主軸頸中心孔，建模及圖如圖 所示。 27 圖 磨所有主軸頸 100 工序：磨所有連桿軸頸。磨所有連桿軸頸至圖樣要求。定位及夾緊 : 5 主軸頸，第三主軸頸采用輔助支撐，建模及圖如圖 所示。 圖 磨所有連桿軸頸 110 工序：動(dòng)平衡去重。 檢測(cè)動(dòng)平衡，鉆去不平衡重量。建模及圖 如圖 所示。 圖 動(dòng)平衡去重 28 120 工序： 拋光。建模及圖如圖 所示。 圖 拋光 本章小結(jié) 基于 Pro/E 三維曲軸建模，對(duì)曲軸進(jìn)行三維工藝規(guī)程的編程。相對(duì)二維，更直觀、更方便快捷。 29 第 6 章 曲軸的 先進(jìn)加工技術(shù) 及強(qiáng)化工藝 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工工藝正確合理的條件下，主要是材料強(qiáng)度決定著曲軸的體積、重量和壽命。因此，必須根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的用途及強(qiáng)化程度，正確地選用曲軸材料。在保證曲軸有足夠強(qiáng)度的前提下，盡可能采用一般材料。以鑄代鍛，以鐵代鋼。作為曲軸的材料，除了應(yīng)具有優(yōu)良的 機(jī)械性能以外，還要求有高度的耐磨性、耐疲勞性和沖擊韌性。同時(shí)也要使曲軸的加工容易和造價(jià)低廉鋼制曲軸除極少數(shù)應(yīng)用鑄鋼以外，絕大多數(shù)采用鍛造，鍛造曲軸的材料有碳素鋼和合金鋼。 毛坯的鑄造技術(shù) 我國(guó)球鐵曲軸的生產(chǎn)繼 QT600 QT7002 之后 ,現(xiàn)已能穩(wěn)定地生產(chǎn) QT800QT9002 等幾種牌號(hào) ,目前已能大批量生產(chǎn) QT8006 球鐵曲軸。但從整體水平來(lái)看 ,存在生產(chǎn)效率低 ,工藝裝備落后 ,毛坯機(jī)械性能不穩(wěn)定、精度低、廢品率高等問題。 (1)熔煉方面 高溫低硫純凈鐵水的獲得是生產(chǎn)高質(zhì)量球鐵的關(guān) 鍵所在。經(jīng)大量分析研究表明 ,國(guó)外球鐵中硫、磷、鎂及稀土元素含量明顯低于國(guó)產(chǎn)件 ,且金相組織中的石墨圓整均勻。究其原因 ,主要是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)設(shè)備以沖天爐為主 ,鐵水未進(jìn)行預(yù)脫硫處理 。其次是高純生鐵少、焦炭質(zhì)量差。為獲得高溫低硫磷的鐵水 ,可采用雙聯(lián)外加預(yù)脫硫的熔煉方法 ,即用沖天爐熔化鐵水 ,經(jīng)爐外脫硫 (把硫降到 %以下 ),然后在感應(yīng)電爐中升溫并調(diào)整成分。爐前鐵水成分的檢測(cè)國(guó)內(nèi)已普遍采用真空直讀光譜儀來(lái)進(jìn)行 ,真空直讀光譜儀使用的多為日本、美國(guó)、英國(guó)等國(guó)的檢測(cè)設(shè)備。 （ 2)造型方面 氣流沖擊造型工藝明顯優(yōu)于粘土砂造型工 藝 ,可獲得高精度的曲軸鑄件。該工藝制作的砂型具有無(wú)反彈變形量的特點(diǎn) ,這對(duì)于多拐曲軸尤為重要。目前國(guó)內(nèi)一些廠家的造型設(shè)備主要從瑞士、德國(guó)、意大利、西班牙等國(guó)進(jìn)口。在國(guó)外 ,曲軸造型多采用殼形工藝 ,其中酚醛樹脂砂熱固化殼形工藝是比較成熟的一種。利用這種工藝及其配套設(shè)備可制取高強(qiáng)度的鑄型殼 ,從而確保鑄件的高精度、較低的表面粗糙度值和致密的金相組織。目前國(guó)內(nèi)極少數(shù)廠家已進(jìn)口了整條生產(chǎn)線。 (3)砂處理和清理 型砂質(zhì)量是確保鑄件質(zhì)量的重要條件 ,在高效混砂和舊砂冷卻方面是我國(guó)的薄弱環(huán)節(jié)。因此國(guó)內(nèi)部分廠家從德國(guó)、日本、瑞士 、美國(guó)進(jìn)口了混砂機(jī)和舊砂冷卻裝置 ,以及大容量的滾筒篩、斗式提升機(jī)、砂型水分檢測(cè)控制儀等。鑄件的清理使用吊鏈?zhǔn)綊佂枋液丸T件水平旋轉(zhuǎn)鼠籠式拋丸機(jī)。國(guó)外砂處理系統(tǒng)和單元多為自動(dòng)化微機(jī)管理 ,型砂中水分和有效粘土含量及煤粉含量實(shí)行自動(dòng)檢測(cè)和控制 ,型砂運(yùn) 30 輸系統(tǒng)多為自動(dòng)化控制。鑄件清理全部在專機(jī)自動(dòng)線上進(jìn)行 ,大部分操作由機(jī)械手和機(jī)器人完成 提高曲拐疲勞強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施 軸頸與曲柄臂相交是最容易產(chǎn)生疲勞破壞的地方之一。為了提高該處的疲勞強(qiáng)度，可以采用下述三種辦法： （ 1)改善應(yīng)力的分布情況，減少拐角處的應(yīng)力，例如提高 軸頸的重疊度； （ 2） 減小應(yīng)力集中的程度，例如采用較大的過(guò)渡圓角； （ 3） 提高表面質(zhì)量，例如減少表面粗糙度，消除表