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1、摘要曲轴是发动机上的一个重要的旋转机件，装上连杆后，可承接活塞的上下往复运动变成循环运动；曲轴主要有两个重要加工部位：主轴颈和连杆颈；主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构；发动机工作过程就是：活塞经过混合压缩气的燃爆，推动活塞做直线运动，并通过连杆将力传给曲轴，由曲轴将直线运动转变为旋转运动；而曲轴加工的好坏将直接影响着发动机整体 性能的表现；曲轴的材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，有两个重要部位：主轴颈，连杆颈；本次采纳球墨铸铁QT600-2.设计的主要就是这两方面的在数控机床的加工；集合多种的曲轴加工后，深化分析了曲轴的加工工艺
2、；关键词：曲轴 主轴劲 连杆劲 数控加工；13 / 12一曲轴的基础信息1.1 曲轴的作用曲轴是汽车发动机中的重要零件，它与连杆协作将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构，同时，驱动配气机构和其它帮助装置；曲轴在工作时，受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，同时， 曲轴又是高速旋转件，因此，要求曲轴具有足够的刚度和强度，具有良好的承担冲击载荷的才能，耐磨损且润滑良好；1.2 曲轴的结构及其特点图 1-1曲轴的结构图曲轴一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平稳块、前端和后端等组成；一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，曲轴的曲拐数目等于气缸数直列式发动
3、机 ；V 型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半；主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中；主轴承的数目不仅与发动机气缸数目有关，仍取决于曲轴的支承方式；连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，在连接处用圆弧过渡，以削减应力集中；曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部分，断面为椭圆形，为了平稳惯性力，曲柄处铸有 或紧固有 平稳重块；平稳重块用来平稳发动机不平稳的离心力矩，有时仍用来平稳一部分往复惯性力，从而使曲轴旋转平稳；曲轴前端装有齿轮，驱动风扇和水泵的皮带轮以及起动爪等；为了防止机油沿曲轴轴颈外漏，在曲轴前端装有一个甩油盘，在齿轮室盖上装有油封；曲轴的后端用来安装飞轮，在后轴颈与飞轮凸缘之
4、间制成挡油凸缘与回油螺纹，以阻挡机油向后窜漏；1.3 曲轴的主要技术要求分析1）.主轴颈、连杆轴颈本身的精度，即尺寸公关等级IT6， 表面粗糙度 Ra 值为 1.25 0.63 m；轴颈长度公差等级为IT9 IT10；轴颈的外形公差，如圆度、圆柱度掌握在尺寸公差之半；2 ） . 位置 精度 ，包括 主轴颈 与连 杆轴 颈的 平行度 ：一 般为 100mm 之内 不大 于0.02mm；曲轴各主轴颈的同轴度：小型高速曲轴为0.025mm，中大型低速曲轴为0.030.08mm；3）.各连杆轴颈的位置度不大于 20；1.4 曲轴的材料和毛坯的确定曲轴工作时要承担很大的转矩及交变的弯曲应力，简单门生扭振
5、、折断及轴颈磨损，因此要求用材应有较高的强度、冲击韧度、疲惫强度和耐磨性；常用材料有：一般曲轴为35、40、45 钢或球墨铸铁 QT600-2；对于高速、重载曲轴，可采纳40Cr、42Mn2V等材料；1.5 曲轴的机械加工工艺过程曲轴的尺寸精度、加工表面外形精度以及位置精度的要求都很高，但刚性比较差，简单产生变形，这就给曲轴的机械加工带来了很多困难，必需予以充分的重视；曲轴需要加工的表面有：主轴颈、连杆轴颈、键槽、外圆；由于使用了工艺搭子，铣键槽支配在切除工艺搭子后，磨削外圆支配在保留工艺搭子前；依据曲轴的结构特点及机械加工的要求，加工次序大致可归纳为：铣两端面；车工艺搭子和钻中心孔；粗、精车
6、三连杆轴颈；粗、精车各处外圆；精磨连杆轴颈、主轴颈和外圆； 切除工艺搭子、车端面、铣键槽等；1.6 曲轴机械加工工艺基本路线（1） ）基础锻造（2） ）热处理（3） ）铣两端面（4） ）车两端工艺搭子外圆（5） ）钻主轴颈中心孔（6） ）钻连杆轴颈中心孔（7） ）检验（8） ）粗车连杆轴颈（9） ）精车连杆轴颈（10） ） 车工艺搭子两端面（11） ） 粗车各处外圆（12） ） 精车各处外圆（13） ） 检验（14） ） 磨削连杆轴颈外圆（15） ） 磨削主轴颈（16） ） 磨削外圆（ 17） 磨削20 0 -00.021mm 外圆（18） ） 检验（19） ） 车掉两端工艺搭子（20） ）
7、车两端面（21） ） 铣键槽（22） ） 倒角（23） ） 去毛刺（24） ） 最终检验二曲轴的机械加工工艺过程分析2. 1曲轴的机械加工工艺特点三拐曲轴除了具有轴的一般加工规律外，也有它的工艺特点，主要包括外形复杂，刚性差及技术要求高，针对这些特点应实行相应的措施2. 2曲轴的机械加工工艺特点分析1）该零件是多拐小型曲轴，生产批量不大，应选用中心孔定位，它是帮助基准，装夹方便，节约找正时间，又能保证三处连杆轴颈的位置精度；但轴两端的轴颈比例不再统一圆周上，故不能直接在轴端面上钻三对中心孔；于是，在曲轴毛坯制造时，预先铸造两端的工艺搭子，这样就可以在工艺搭子上钻出四对中心孔，达到用中心孔定位的
8、目的；2）在工艺搭子端面上钻四对中心孔，先以两主轴颈为粗基准，钻好主轴颈的一对中心孔；然后以这一对中心孔定位，以连杆轴颈为粗基准划线，再将曲轴放到回转工作台上，加工32mm、圆周 120均布的三个连杆轴颈的中心孔，这样就保证了它们之间的位置精度；3）该零件刚性较差，应按先粗后精的原就支配加工次序，逐步提高加工精度；对于主轴颈与连杆轴颈的加工次序是，先加工三个连杆轴颈，然后再加工主轴颈及其他各处的外圆，这样支配可以防止一开头就降低工件刚度，削减受力变形，有利于提高曲轴加工精度；4）由于使用了工艺搭子，铣键槽工序支配在切除中心孔后进行，故磨外圆工序必需提前在仍保留工艺搭子中心孔时进行，同时要留意防
9、止已磨好的表面被碰伤；2. 3曲轴主要加工工序分析1）铣曲轴两端面 , 钻中心孔本工序在钻铣车组合车床上完成，主要保证曲轴总长及中心孔的质量，如端面不平就中心钻上的两切削刃的受力不均，钻头可能引偏而折断，因此采纳先面后孔的原就；中心孔除影响曲轴质量分布外，它仍是曲轴加工的重要基准贯穿整个曲轴加工始终；因而直接影响曲轴加工精度；打中心孔在本次工艺设计中因考虑设备因素，采纳找出曲轴的几何中心代替质量中心；打中心孔以毛坯的外表面作为基准，因而毛坯外表面质量好坏直接影响孔的位置误差；2）曲轴主轴颈的车削由于曲轴年产量不大，主轴颈加工采纳车削，在刚度较强的一般车床上进行；曲轴安装在前、后顶尖上线一端用大
10、盘夹住而另一端用顶尖顶住，用硬质合金车几道工序上完成主轴颈的车削；由于加工余大且不匀称，旋转不平稳，加工时产生冲击，因此工件要夹坚固；车床、刀具、夹具要有足够的刚性；主轴颈车削次序是先精车一端主轴颈及轴肩，然后以车好的主轴颈定位；另一侧用顶尖以中心孔定位；车另一端主轴颈、肩及各个轴颈，半精度及精车都按此次序进行，逐步提高主轴颈及其他轴颈的加工精度；3）曲轴连杆轴颈的车削主轴颈及其它外圆车好后，以主轴颈作为加工连杆轴颈的基准，采纳专用的车夹具、车削连杆轴颈，车削同样在一般车床上进行；车削连杆轴颈需要解决的是角度定位两连杆轴颈轴线需要掌握在 180 度+30 度或 180 度 30 度）以及曲轴旋
11、转的不平稳问题；这些都由专用夹具来保证，夹详细为一对用以定位的V 型块组成，装在接盘上；接盘与车床过渡接盘靠中间的定位销定位并连接，接盘在过渡接盘上靠棱形定位销可转180 度，依次车削两个连杆轴颈； V 型块中心与车床主轴线距离一个曲轴半径；车削过程中，一端与曲轴主轴颈定位并夹紧，另一端靠偏中心座夹紧，中心座上钻有中心孔，中心孔偏心距同样为一个曲轴半径；用顶尖顶紧中心孔，这样就能保证连杆轴颈轴线与车床主轴线一样；安装夹详细的接盘上有平稳块，排除曲轴旋转时不平稳力矩的生；曲轴加工时由于受到离心力和两顶尖的轴向压紧偏心力的作用，简单发生弯曲变形，为了加强工件刚度，用撑杆来撑住另一个曲拐的开移；车削
12、连杆轴颈时为了使切削力不致于太大，每次车削余量掌握在 11.5mm内，同时车床旋转不能太高，刀具采纳高速钢；4）键槽加工这个键槽主要用于飞轮，加工此键槽应支配在主轴颈精车工序之后，这样能保证定位精度及掌握键槽的深度以及对称度；键槽加工是以两主轴颈定位，同样用专用夹具在一般铣床上进行；5）轴颈的磨削由于主轴颈及连杆轴颈精度较高，尺寸精度为IT6级，表面粗糙度 1.60.8 m，并且具有较高的外形精度及位置精度；因此主轴颈与连杆轴颈精车后要进行磨削，以提高精度表面粗糙度；在工艺设计中，第一磨主轴颈然后磨连杆轴颈；中间主轴颈磨好后才能磨其余轴颈，磨主轴颈和连杆轴颈的安装方法基本上与车轴颈相同，磨主轴
13、颈是以中心孔定位，在外圆磨床上进行，磨连杆轴颈就以经过精磨的两端主轴颈定位，以保证与主轴颈的轴线距离及平行度要求，磨连杆轴颈是在曲轴磨床上进行的；由于轴颈宽度不大，采纳横向进给磨削法，生产率较高，磨轮的外形需认真地修整，因为直接影响轴 颈与 圆角 的形 状， 磨削余量依据车 削后的精度 而定，粗磨余 量值 每 边0.20.3mm，精磨余量掌握在 0.10.15 mm 内；在横向进给磨削中，磨轮对工件的压力很大，为防止曲轴弯曲，采纳可以调剂的中心架，否就就不能去掉上道工序留下的弯曲度，最好待这个轴颈的摆差减小才开头使用中心架；磨削主轴颈时应把两顶尖孔倒角处抹洁净，去砂粒及油泥，确保加工基准中心孔
14、的精度，磨削工序之前必需修研中心孔；三 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定3.1 曲轴主要加工表面的工序支配曲轴的主要加工表面为主轴颈、连杆轴颈、各外圆；次要加工表面为两端面、键槽；此外，仍有仍有检验、清洗、去毛刺等工序；连杆各主要表面的工序支配如下：1）、主轴颈：粗车、精车、磨削；2）、连杆轴颈：粗车、精车、磨削；3.2 确定工时定额粗车七个连杆轴颈至 25.80-0.084 ；1） 被吃刀量：取=1mm，2） 进给量 f：取；3） 机床主轴转速 : 取 n=600r/min4） 切削速度：5） 运算切削工时：被切削层长度=3 22=66mm，由于粗车走刀两次，故 t m=0.44min精车
15、三个连杆轴颈至 24.50；-0.0331） 被吃刀量：取=0.65mm，2） 进给量 f：取 f=0.3mm/r3） 机床主轴转速 : 取 n=800r/min4） 切削速度：5） 运算切削工时：被切削层长度=3 22=66mm，由于粗车走刀两次，故 t m=0.55min四附录设备刀具工序号工序名称设备名称型号夹具、刀检具及辅具005铣端面双面铣床010划线可调 V型架015打中心孔中心孔钻床可调中心架020粗车法兰外圆C630025粗车主四C630030粗磨主四#MQ8260P900x38x305A46P5V035车主颈及大小头S1-206卡瓦、成型车刀040粗磨主颈及小头MQ8260砂
16、轮045精车大头CA6140050车小头平端面C3180锥柄钻花055钻大头孔C3180锥柄麻花钻060铣定位面065车外端连颈S1-217卡瓦、成型车刀070车其次区连颈S1-217卡瓦、成型车刀075车中心区连颈S1-217卡瓦、成型车刀080粗磨连颈MQ8260三等分夹具、砂轮085半精磨小头MQ8260090钻直油孔Z35A钻直油孔钻模095钻斜油孔油孔钻床钻斜油孔钻模100精磨主颈MQ8260105精磨法兰MQ8260110精磨连颈MQ8260115探伤及退磁JDC-900120氮化前抛光125检验130校直Y41-63135氮化140修中心孔、倒角CA6140145精磨小头MQ82
17、60150精车轴承孔CA6140砂轮、修整器、中心架、千分尺、卡板砂轮、修整器、中心架、千分尺、卡板砂轮、修整器、中心架、三等分夹具、中心高检具#砂纸 150 V 型块表架、主一长度检具内径量缸表、校对规155钻法兰孔Z35A钻模、钻花、丝攻160铣键槽X62W铣键槽夹具165去毛刺电动工具170油孔口抛光橡胶锥及砂纸 180#175动平稳及去重动平稳机、 Z35A钻花180#氮化后抛光砂纸 180185检验140190修中心孔、倒角清洗、上蜡、包装CA6140清洗机柴油、清洗液、蜡五工序分析1）铣端面工序有两个作用：保证曲轴的总长；保证中心孔的质量；如端面不平，就中心钻上两个切削刃的受力不均
18、，钻头引偏而折断；这也是“先面后孔”原就的详细应用；2）中心孔的重要性：中心孔除影响曲轴的质量分布外，它的重要性仍在于它是曲轴加工的重要精基准，直接影响曲轴的加工精度，因此中心孔必需满意其质量要求；但工件经过粗加工后，中心孔的精度往往不行防止地受到影响，所以在精加工之前，必需对中心孔进行修研，确保符合其技术要求；可用油石或橡胶砂轮修研；3）打中心孔是采纳找出曲轴的几何中心来代替质量中心，是以毛坯的外表作为基准；毛坯外表光滑圆整，就打出的中心孔位置误差就小；4）依据 S1-206 车床的工装结构，必需先粗车和粗磨主颈四；主颈四是加工长度尺寸的一个基准，其两侧扇板的厚度应分匀称，否就极易使整根曲轴
19、的轴向尺寸发生偏移，即单边，致使曲轴各扇板厚度不一而致废；5）因曲轴刚度差，故车主轴颈的工序，采纳前后刀架同时横向进给的S1-206 一次加工成型的机床，必需留意刀排分布应合理，车刀应常换常磨，进刀量应适中；6）车小头孔、平端面工序不容忽视；由于小头是与起动爪相连的部位，在用人力起动发动机时, 小头传递大力矩 , 所以第一要保证小头的有效深度，其次小头孔倒角应圆整光滑,角度正确 , 以保证精磨小头时外圆跳动合格 , 否就就应重新精修小头孔倒角；7）钻大头孔工序；孔太深会影响第七主轴颈及法兰的强度, 太浅会影响内装黄油的空间和装轴承的轴向位置；8）铣定位面；为了使车连颈时角度分布匀称，依据铸造毛
20、坯六缸曲轴的角度均布原理去掉铸造余量 , 故必需铣好定位面；不论定位面对那边有所偏移, 都会严峻转变铸件曲轴工序余量的匀称分布 , 严峻偏移的致使连颈加工不足而致废；9）车连颈 S1-217 是成型车床，刀排分布合理、车刀的成型正确、进刀量适中、定位面紧靠都直接影响到产品能否达到工艺技术要求；故中心距、长度、宽度尺寸和圆弧、外圆尺寸等的调整必需在车床进入稳固加工状态后才可进行，防止工艺系统热变形影响太大；10）粗磨连颈是一道重要工序；粗磨连颈要进行曲轴120的三等分 , 保证中心高尺寸；磨床首尾两端偏心夹具的移动会引起主连轴颈中心高的变化，应认真调整至合适之处反锁固定；此外如中心架调整不恰当会
21、引起曲轴变形而致中心精湛差，而砂轮进刀太快就会引起角度偏移 , 甚至曲轴断裂；致谢我本次的毕业设计，得到邹竹青老师的亲切关怀和细心指导，使得本设计得以顺当完成，其中无不饱含着老师的汗水和心血；第一要感谢的是我的指导老师邹竹青老师，在整个过程中他给了我很大的帮忙；在完成初稿后，老师认真查看了我的设计内容和格式，指出了我存在的很多问题，让后我回去在查看资料，在反复的修改中我学到了不少学问，同时在请教别人的过程中我也增加了和同学老师之间的感情，使我们的友情更进一步加深了，在此特别感谢邹老师的细心指导，才能让我顺当完成毕业设计；同时感谢全部任课老师三年来对我的培育；假如没有你们的细心培育我不行能有今日
22、的没好时间，是你们在我有困难的时候帮我们解决困难，就包括这次的毕业设计有很多老师都给与了我们很大的帮忙，不管是从材料的来源仍是格式的指导都特别认真细心地给我们指引；同时也要感谢我的同学和伴侣们，在设计过程中也得到了很多伴侣的关怀，不管是学哥学姐，都赐予我们帮忙，我将永久记得你们伴我走过的每一个有欢乐有泪水的日子，是你们的关怀和帮忙，让我感受到了家的暖和；借此，感谢高校三年中我的班主任和任课老师们赐予的教导，你们的教导，不仅让我学到了书本的基础学问，更重要的是让我学会了如何做一名优秀的高校生，假如没有你们的辛勤教导，也不会有我今日的成长；也感谢学院为我们供应了一次这样好的机会，使自己在学习的同时也锤炼了自己的实践才能；