曲轴加工工艺.docx

1、曲轴加工工艺 毕业设计（论文）题目: 曲轴机械加工工艺进程 专业: 数控技术 班级: 07424 学号: 11 姓名: 李成阳 指导教师: 王付军 成都电子机械高等专科学校2020年 5 月20日目录摘要曲轴在轴类零件分类中属于异型轴，是汽车发动机的关键零件之一,其性能好坏直接阻碍到汽车发动机的质量和寿命.曲轴在发动机中承担最大负荷和全数功率,经受着壮大的方向不断转变的弯矩及扭矩，同时经受着长时刻高速运转的磨损，因此要求曲轴材质具有较高的刚性、疲劳强度和良好的耐磨性能。发动机曲轴的作用是将活塞的往复直线运动通过连杆转化为旋转运动，从而实现发动机由化学能转变成机械能的输出。曲轴的加工工艺有多种，

2、可依如实际的应用处合量身定制加工工艺。在选择最具竞争力的解决方案之前，必需认真评估每种应用的需要和特点。进入21世纪以后，发动机曲轴在制造工艺、刀具等方面都发生了庞大的转变。多刀车削工艺和手工磨削工艺，由于加工精度低和柔性差等缘故，正在慢慢退出历史舞台。高速、高效、复合加工技术在曲轴加工生产中已有相当程度的应用，并将是其必然进展趋势。现今的环保压力对曲轴的制造增加了更多的困难。发动机慢慢小型化，并与涡轮增压器组合利用以减少废气排放、减小动力损失。 曲轴的演变已经并将继续增进这一特点的深切。现在的卡车发动机已比20世纪90年代初期的轿车发动机加倍干净而且燃油效率也取得显著地提高。另外，曲轴加工的

3、不断进展使得现今的曲轴加倍周密，而同时又不捐躯单件本钱。 关键词：发动机，曲轴，工艺分析，工艺设计AbstractThe crankshaft axial parts classification belongs to different axis, is one of the key parts of automobile engine, its performance directly affect the quality of automobile engine crankshaft and life in engine. In all, the maximum load and pow

4、er under the strong direction changes constantly bending moment and torque, while suffering from long run, so the crankshaft material wear high rigidity, fatigue strength and wear resistance. Engine crankshaft role of piston is reciprocal linear motion through the link into the rotary motion, thus r

5、ealize engine by chemical energy into mechanical energy output.After entering the 21st century, the engine crankshaft manufacture process, tools in all aspects. Many knives cutting process and manual process, due to the low and the poor flexible machining precision, is gradually from the stage of hi

6、story. High-speed, high efficiency, compound machining technology in the crankshaft production process has a degree in the application, and will be the inevitable developing trend.Todays environmental pressure of crankshaft production increased more difficult. Gradually, and with smaller engine turb

7、ocharger combinations to reduce emissions, reduce loss of power. The evolution of the crankshaft has been and will continue to promote this feature. The truck engines has now than in the early 1990s, the car engine more clean fuel efficiency and also greatly improved. In addition, the crankshaft pro

8、cessing development makes the crankshaft, and more precise piece without sacrificing the cost.Keywords: engine, crankshaft, process analysis and process design第1章 概述量身定制曲轴加工工艺曲轴加工技术的演变是一个持续不断的进程，成功的解决方案取决于对许多要素细致且普遍的分析，例如产量、工序时刻、设备要求、加工程度、质量水平、换刀距离时刻等等， 没有一个单一的标准方案能够知足所有应用要求，所有方案都是依照不同的应用领域量身定制的。曲轴需

9、要通过几个不同的工序才能完成，锻件毛坯或铸件毛坯对加工工艺也有不同的要求。制造商对工艺的中意度取决于他对曲轴单位生产本钱、产量和投资本钱的评估。当曲轴装在发动机上时，是相当牢固和稳固的，但它作为工件却很不适合。因此，尤其是关于汽车工业，加工曲轴就有了各类不同的方式。 不管用户的加工要求是什么，山特维克可乐满连年来已经对相关刀具设计、刀片槽型和牌号进行了普遍而深切的开发，完全能够优化用户不同加工厂合的需要。曲轴本身是机床夹具零件刀具所组成的工艺系统中最薄弱的环节，零件的不稳固性老是会阻碍到最小工序时刻和加工质量的一致性。 这对开发和设计刀具、刀片和相应的应用技术带来了很高的要求。 它意味着优化切

10、削刃的散布以实现切削力平稳、优化提高针对不同类型表面的切削参数，从而使切削平顺而无振动，等等。曲轴加工的几种工艺曲轴车削曲轴车削是一种要紧用于加工曲轴主轴颈的方式，具有相当的柔性。 在有些情形下或有些地址，它还用于连杆颈的加工。 若是用于加工连杆颈，质量不平稳和偏离中心的夹持位置需要带平稳配重的专用夹具。车削加工一般是在曲轴加工专机和配备专用刀塔的标准车床上进行的。 由于刀具悬伸较大和容易显现振动，因此对刀具的要求超级高。曲轴车拉只有少数机床在有限范围内利用，这是一种拉削工艺，既能够通过直线车拉方式，以对旋转曲轴成切线进给的方式进行常规直线拉削，也能够采纳随后进展的圆形或螺旋形拉刀进行旋转拉削

11、。 尽管该方式超级高效，但因其缺乏柔性，因此至今未能推行。 曲轴车-车拉车车拉是车削与车拉的组合，车削和车拉刀具径向安装在一个圆形刀盘上，切削加工旋转着的曲轴的主轴颈或连杆颈。 这种方式适用于大多数类型的曲轴。 车削工序主若是粗加工，现在刀盘不旋转且切削刃处于工件的中心线。 而车拉刀具进行精加工切削，刀盘通过对旋转曲轴的主轴颈或连杆颈表面进行缓慢旋转的径向移动进行加工。 该方式的优势是在刀盘上能够大量安装利用姊妹刀具以平稳刀具寿命和延长换刀时刻。 曲轴的内铣内铣也称回旋铣或行星铣，它能够在较长的切削时刻里进行重型铣削。曲轴穿过旋转着的铣刀。可转位刀片排列在铣刀内圆面上，可对曲轴的主轴颈、连杆颈

12、和扇形块侧面进行加工。它是一种很稳固的加工方式，要紧用于大型曲轴，或在毛坯余量专门大时利用。曲轴的外铣外铣要紧用于大量量加工中、小型汽车曲轴。它能够看成是用一种高速旋转的密齿三面刃铣刀，在曲轴以缓慢旋转作进给运动的方式下对工件表面进行加工。该方式的特点是金属去除率高，切削定位迅速。 一样而言，一个直径为700mm的外铣刀最多可安装350片刀片。可加工曲轴的主轴颈、连杆颈和扇形块侧面和外圆面。 该方式工序时刻短、换刀调刀超级快捷。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(旋转)运动。曲轴要紧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

13、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。发动机工作进程确实是：活塞通过混合紧缩气的燃爆，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成旋转运动。而曲轴加工的好坏将直接阻碍着发动机整体性能的表现。发动机机体是组成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有要紧零件和附件，经受各类载荷。机体组要紧由气缸体、曲轴箱、气缸盖等零件组成。一、气缸体水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，气缸体一样用灰铸铁铸成，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多增强筋，冷却

14、水套和润滑油道等。二、曲轴箱气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与气缸体铸成一体，下曲轴箱用来贮存润滑油，并封锁上曲轴箱，故又称为油底壳。油底壳受力很小，一样采纳薄钢板冲压而成，其形状取决于发动机的整体布置和机油的容量。油底壳内装有稳油挡板，以避免汽车颠动时油面波动过大。油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损。在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫，避免润滑油泄漏。3、气缸盖气缸盖安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并组成燃烧室。它常常与高温高压燃气相接触，因此经受专门大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的气缸盖

15、内部制有冷却水套，缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。利用循环水来冷却燃烧室等高温部份。缸盖上还装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。气缸盖一样采纳灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高紧缩比，因此最近几年来铝合金气缸盖被采纳得愈来愈多。而作为发动机上的一个重要的旋转机件曲轴，其加工方式仍有一样轴的加工规律，如铣两头面，钻中心孔，车、磨及抛光，可是曲轴也是有它的特点，它由主轴颈，连杆轴颈与连杆轴颈

16、之间的连接板组成，其结构细长、曲拐多、刚性差，因此安排曲轴加工工艺应采取相应的工艺方法。 在曲轴的机械加工中，采用新技术和提高自动化程度都不断取得进展。目前，国内较陈旧的曲轴生产线多数由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低。粗加工设备一般采用多刀车床车削曲轴主轴颈及连杆轴颈，工序质量稳定性差，容易产生较大的加工应力，难以达到合理的加工余量。精加工普遍采用MQ8260等普通曲轴磨床进行粗磨、半精磨、精磨、抛光，通常靠人工操作，加工质量不稳，尺寸一致性差。现在加工曲轴粗加工比较流行的工艺是：主轴颈采用车拉工艺和高速外铣，连杆颈采用高速外铣，而且倾向于高速随动外铣，全部采用干式切削。

17、在对连杆颈进行随动磨削时，曲轴以主轴颈为轴线进行旋转，并在一次装夹下磨削所有连杆颈。在磨削过程中，磨头实现往复摆动进给，跟踪着偏心回转的连杆颈进行磨削加工。固然，目前国际上还有加倍先进的曲轴加工工艺和机床设备，只钻一对证量中心孔，选用日本的Mazak五轴联动的数控机床进行一系列的加工。类似如此的新技术，目前国内汽车发动机曲轴的加工还处于研究时期，从经济效益和加工难度上考虑这是显而易见的。可是关于新技术、新工艺的追求是可不能止步的，这就需要咱们今世的青年和科技工作者的不断尽力。第2章 确信曲轴的加工工艺进程曲轴的作用曲轴是汽车发动机中的重要零件，它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变成旋转的动力

18、，传给底盘的传动机构，同时，驱动配气机构和其它辅助装置。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，具有良好的经受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好。曲轴的结构及其特点曲轴一样由主轴颈，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，曲轴的曲拐数量等于气缸数(直列式发动机)；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份，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。主轴承的数量不仅与发动机气缸数量有关，还取决于曲轴的支承方式。连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部份，

19、在连接处用圆弧过渡，以减少应力集中。曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部份，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，有时还用来平稳一部份往复惯性力，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和起动爪等。为了避免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间制成挡油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。曲轴的要紧技术要求分析1主轴颈、连杆轴颈本身的精度，即尺寸公关品级IT6，表面粗糙度Ra值为m。轴颈长度公差品级为IT9IT10。轴颈的形状公差，如圆度、圆柱

20、度操纵在尺寸公差之半。2位置精度，包括主轴颈与连杆轴颈的平行度：一样为100mm之内不大于；曲轴各主轴颈的同轴度：小型高速曲轴为，中大型低速曲轴为。3各连杆轴颈的位置度不大于100mm。4曲柄半径公差为5多缸发动机曲轴，各连杆轴颈轴线之间的角度误差不大于306曲轴的主轴颈和连杆轴颈，应通过表面淬火或氮化，依照材料及热处置标准不同，其硬度为50至62HRC曲轴的材料和毛坯的确信曲轴工作时要经受专门大的转矩及交变的弯曲应力，容易门生扭振、折断及轴颈磨损，因此要求用材应有较高的强度、冲击韧度、疲劳强度和耐磨性。经常使用材料有：一样曲轴为3五、40、45钢或球墨铸铁QT60-2；关于高速、重载曲轴，可

21、采纳40Cr、42Mn2V等材料。本课题采纳球墨铸铁QT60-2. （QT表示球墨铸铁,QT为球铁的简写，60表示最低抗拉强度为60MP，2代表最低断后伸长率为2%）曲轴的毛坯依照批量大小、尺寸、结构及材料品种来决定。批量较大的小型曲轴，采纳模锻；单件小批的中大型曲轴，采纳自由锻造；而关于球墨铸铁材料那么采纳铸造毛坯。曲轴的机械加工工艺进程曲轴的尺寸精度、加工表面形状精度和位置精度的要求都很高，但刚性比较差，容易产生变形，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、的外圆。由于利用了工艺搭子，铣键槽安排在切除工艺搭子后，磨削外圆安排在保

22、留工艺搭子前。 依照曲轴的结构特点及机械加工的要求，加工顺序大致可归纳为：铣两端面；车工艺搭子和钻中心孔；粗、精车三连杆轴颈；粗、精车遍地外圆；精磨连杆轴颈、主轴颈和20、外圆；切除工艺搭子、车端面、铣键槽等。曲轴机械加工工艺线路在进行大量的工艺分析以后，制定诞生产曲轴的加工工艺线路：（1）铣两头面，钻中心孔（2）切第四、五侧面板，并车第三主轴颈（3）校直（4）粗磨第三主轴颈（5）查验（抽检）（6）车一、二、四、五主轴颈和前后端（7）查验（抽检5%）（8）粗磨第一、五主轴颈（9）粗磨第二、四主轴颈（10）铣定位面（11）切第一、二、七、八侧板，并粗车第一、四连杆轴颈（12）切第三、四、五、六侧

23、板，并粗车第二、三连杆轴颈（13）查验（抽检5%）（14）校直（15）粗磨第一、二、三、四连杆轴颈（16）精车法兰外圆及端面，车油封轴颈并倒角（17）钻四个斜油孔（18）在法兰上铣缺口（19）在油孔上扩孔、倒角，并在滤油孔上钻小孔（20）查验（21）校直（22）精车轴前端（23）半精磨第一、五主轴颈（24）精磨第三主轴颈（25）半精磨第二、四主轴颈（26）精磨第一、五主轴颈（27）精磨第二、四主轴颈（28）校直（29）精磨法兰外圆和油封轴颈（30）精磨法兰端面（31）在后端扩、镗、铰轴承孔（32）精磨四个连杆轴颈（33）在法兰上钻、扩、铰孔（34）在前端铣键槽、钻孔并攻螺纹（35）查验（36）

24、去除不平稳重（37）预备交验（38）校直（39）超级精磨所有主轴颈和连杆轴颈（40）抛光所有主轴颈和连杆轴颈（41）清洗、吹净零件（42）查验基面的选择选择定位基准时，是从保证加工精度要求动身地，因此，定位基准的选择应该先选择精基准，再选择粗基准。一样选择两顶尖孔作为轴类零件的定位基准：幸免了工件在多次装夹中因定位基准的转换而引发的定位误差，也可用作后续工序的定位基准，符合“基准统一”装夹方便、靠得住，简化了工艺规程，一次装夹加工多面。精基准的选择选择精基准时，要紧应该考虑保证加工精度和工件安装方即靠得住，依照以下几个原那么选择：1、基准重合原那么2、基准统一原那么3、自为基准原那么4、互为基

25、准原那么5、便于装夹原那么关于各支承轴、主轴颈和连杆轴颈外圆表面的粗加工、半精加工、精加工均是以两顶尖孔作为精基准。各表面精加工之前、热处置以后，通常安排中心孔的修整工序，修整中心孔时以支承轴进行定位，经常使用的方式是研磨。粗基准的选择 选择粗基准时，要紧要求保证各加工面有足够的余量，使加工面与不加工面间的位置符合图样要求，具体选择应该考虑以下原那么：1、选择重要表面为粗基准2、选择不加工表面为粗基准3、选择加工余量最小的表面为粗基准4、选择较为平整光洁、加工面积较大的表面为粗基准5、粗基准在同一尺寸方向上只能利用一次常选择其支承轴颈的毛坯外柱圆面及其一个侧面作为定位基准。在曲轴加工进程中，选

26、择粗基准还要考虑加工余量的分派均匀、合理。这关于工件长径比较大、刚度低的特点来讲，不仅有利于减小因切削余量不均、切削力猛烈转变而使工件产生的弯曲变形，关于保证精加工质量和提高劳动生产率具有重要的意义。辅助基准与附加基准的应用为知足工艺需要在工件上设置的定位基准，称为辅助基准。例如，加工以下图曲轴的连杆轴颈时，以曲柄臂上加工出的各定位平台一、二、3、4为辅助基准，实现角向定位，以保证各连杆轴颈之间的彼此角度关系。它们在零件工作时没有什么用途，但作为辅助基准，可使工件安装方便，并能使很多工序的定位基准统一。曲轴的辅助基准一、二、3、4定位平台在加工进程中，当工件上固有的定位基面因加工而消失时，可将

27、带有一样定位基面的零件镶在该工件上。这种附加在工件上的定位基面所表现的定位基准，称为附加基准。第3章 曲轴的机械加工工艺进程分析3. 1曲轴的机械加工工艺特点四拐曲轴除具有轴的一样加工规律外，也有它的工艺特点，要紧包括形状复杂，刚性差及技术要求高，针对这些特点应采取相应的方法，分析如下：一、形状复杂曲轴主轴颈与连杆轴颈不在同一轴上线，偏心距有必然的尺寸要求，而且两轴有较高的位置度要求，同时主轴颈与连杆轴颈间有较大的平稳块，因此在工艺设计中应解决以下几点问题：a.设计加工连杆轴颈的偏心夹具，即连杆轴颈与机床主轴重合，并使夹具能回转180度，加工另连续杆轴颈。b.为排除加工时的不平稳力的产生，设计

28、夹具时应精准设计平稳重。二、刚性差因本曲轴长径比较大，同时具有曲拐，因此刚性较差。曲轴在切削力及自重的作用下会产生严峻的扭曲及弯曲变形，专门在单边传动的机床上加工更为严峻，在工艺设计中应解决以下问题：（1）粗加工时由于切削余量大，切削力也较大，可用中间托架来增强刚性，减小变形和振动，同机会床刀具及夹具都应有较高的刚度。（2）在加工时尽可能使切削力的作用彼此抵消，可用前后刀架同时横向进给。（3）合理安排工位顺序以减少加工变形，按先粗后精的原那么安排加工工序，慢慢提高精度。 （4）在有可能产生变形的工序后面增设校直工序。 3、技术要求高曲轴技术要求较高，加工面多，需要保证的尺寸、形状、位置精度较多

29、。因此总的工艺线路较长，精加工占有相当比例。加工时应要解决以下问题：A：正确分派粗加工、半精加工及精加工余量。B：粗基准选择用曲轴两头的中心孔。中心孔的加工以主轴颈外圆作为基准，如此能保证曲轴加工径向及轴向加工余量的均匀性。C：精加工时仍用中心孔作为基准，但要从头修磨中心孔，幸免精加工时因中心孔磨损引发加工误差。也可一端用主轴颈定位，另一端用中心孔定位以提高刚度。D：曲轴轴向定位以主轴颈轴肩定位，工艺设计时定位基准应尽可能与设计基准一致。3. 2曲轴的机械加工工艺特点分析 一、该零件是四拐小型曲轴，生产批量不大，应选用中心孔定位，它是辅助基准，装夹方便，节省找正时刻，又能保证三处连杆轴颈的位置

30、精度。但轴两头的轴颈别离是20mm和25mm，而三处连杆轴颈中心距散布在32mm的圆周上，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，预先铸造两头45mm的工艺搭子，如此就能够够在工艺搭子上钻出四对中心孔，达到用中心孔定位的目的。 二、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，如此就保证了它们之间的位置精度。 3、该零件刚性较差，应按先粗后精的原那么安排加工顺序，慢慢提高加工精度。关于主轴颈与连杆轴颈的加工顺序是，先加工三

31、个连杆轴颈，然后再加工主轴颈及其他遍地的外圆，如此安排能够幸免一开始就降低工件刚度，减少受力变形，有利于提高曲轴加工精度。 4、由于利用了工艺搭子，铣键槽工序安排在切除中心孔后进行，故磨外圆工序必需提早在还保留工艺搭子中心孔时进行，同时要注意避免已磨好的表面被碰伤。3. 3曲轴要紧加工工序分析铣曲轴两头面,钻中心孔本工序在钻铣车组合车床上完成，要紧保证曲轴总长及中心孔的质量，假设端面不平那么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那么。中心孔除阻碍曲轴质量散布外，它仍是曲轴加工的重要基准贯穿整个曲轴加工始终。因此直接阻碍曲轴加工精度。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，因此毛坯外表面质量好坏直接阻碍孔的位置误差。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。由于加工余大且不均匀，旋转不平稳，加工时产生冲击，因此工件要夹牢固。车床、刀具、夹具要有足够的刚性。主轴颈车削顺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