畢業(yè)設(shè)計柴油機曲軸的加工工藝

1、實習報告 摘 要曲軸是發(fā)動機上的一個重要的旋轉(zhuǎn)機件，裝上連桿后，可承接活塞的上下(往復)運動變成循環(huán)運動。曲軸主要有兩個重要加工部位：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)。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。而曲軸加工的好壞將直接影響著發(fā)動機整體性能的表現(xiàn)。曲軸的材料是由碳素結(jié)構(gòu)鋼或球墨鑄鐵制成的，有兩個重要部位：主軸頸，連桿頸。本次采用球墨鑄鐵qt600-2.設(shè)計的主要就是這兩方面的在數(shù)控機床的加工。集合多種的曲軸加工后，深入分析了

2、曲軸的加工工藝。關(guān)鍵詞：曲軸 主軸勁 連桿勁 數(shù)控加工。一 曲軸的基礎(chǔ)信息1.1曲軸的作用曲軸是汽車發(fā)動機中的重要零件，它與連桿配合將作用在活塞上的氣體壓力變?yōu)樾D(zhuǎn)的動力，傳給底盤的傳動機構(gòu)，同時，驅(qū)動配氣機構(gòu)和其它輔助裝置。曲軸在工作時，受氣體壓力，慣性力及慣性力矩的作用，受力大而且受力復雜，同時，曲軸又是高速旋轉(zhuǎn)件，因此，要求曲軸具有足夠的剛度和強度，具有良好的承受沖擊載荷的能力，耐磨損且潤滑良好。1.2曲軸的結(jié)構(gòu)及其特點圖1-1 曲軸的結(jié)構(gòu)圖曲軸一般由主軸頸，連桿軸頸、曲柄、平衡塊、前端和后端等組成。一個主軸頸、一個連桿軸頸和一個曲柄組成了一個曲拐，曲軸的曲拐數(shù)目等于氣缸數(shù)(直列式發(fā)動機

3、)；v型發(fā)動機曲軸的曲拐數(shù)等于氣缸數(shù)的一半。主軸頸是曲軸的支承部分，通過主軸承支承在曲軸箱的主軸承座中。主軸承的數(shù)目不僅與發(fā)動機氣缸數(shù)目有關(guān)，還取決于曲軸的支承方式。連桿軸頸是曲軸與連桿的連接部分，在連接處用圓弧過渡，以減少應力集中。曲柄是主軸頸和連桿軸頸的連接部分，斷面為橢圓形，為了平衡慣性力，曲柄處鑄有(或緊固有)平衡重塊。平衡重塊用來平衡發(fā)動機不平衡的離心力矩，有時還用來平衡一部分往復慣性力，從而使曲軸旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)。曲軸前端裝有齒輪，驅(qū)動風扇和水泵的皮帶輪以及起動爪等。為了防止機油沿曲軸軸頸外漏，在曲軸前端裝有一個甩油盤，在齒輪室蓋上裝有油封。曲軸的后端用來安裝飛輪，在后軸頸與飛輪凸緣之間制

4、成擋油凸緣與回油螺紋，以阻止機油向后竄漏。1.3曲軸的主要技術(shù)要求分析（1）.主軸頸、連桿軸頸本身的精度，即尺寸公關(guān)等級it6，表面粗糙度ra值為1.250.63m。軸頸長度公差等級為it9it10。軸頸的形狀公差，如圓度、圓柱度控制在尺寸公差之半。（2）.位置精度，包括主軸頸與連桿軸頸的平行度：一般為100mm之內(nèi)不大于0.02mm；曲軸各主軸頸的同軸度：小型高速曲軸為0.025mm，中大型低速曲軸為0.030.08mm。（3）.各連桿軸頸的位置度不大于20。1.4曲軸的材料和毛坯的確定曲軸工作時要承受很大的轉(zhuǎn)矩及交變的彎曲應力，容易門生扭振、折斷及軸頸磨損，因此要求用材應有較高的強度、沖擊

5、韌度、疲勞強度和耐磨性。常用材料有：一般曲軸為35、40、45鋼或球墨鑄鐵qt600-2；對于高速、重載曲軸，可采用40cr、42mn2v等材料。1.5曲軸的機械加工工藝過程曲軸的尺寸精度、加工表面形狀精度以及位置精度的要求都很高，但剛性比較差，容易產(chǎn)生變形，這就給曲軸的機械加工帶來了很多困難，必須予以充分的重視。曲軸需要加工的表面有：主軸頸、連桿軸頸、鍵槽、外圓。由于使用了工藝搭子，銑鍵槽安排在切除工藝搭子后，磨削外圓安排在保留工藝搭子前。 根據(jù)曲軸的結(jié)構(gòu)特點及機械加工的要求，加工順序大致可歸納為：銑兩端面；車工藝搭子和鉆中心孔；粗、精車三連桿軸頸；粗、精車各處外圓；精磨連桿軸頸、主軸頸和外

6、圓；切除工藝搭子、車端面、銑鍵槽等。1.6曲軸機械加工工藝基本路線（1） 基礎(chǔ)鍛造（2） 熱處理（3） 銑兩端面（4） 車兩端工藝搭子外圓（5） 鉆主軸頸中心孔（6） 鉆連桿軸頸中心孔（7） 檢驗（8） 粗車連桿軸頸（9） 精車連桿軸頸（10） 車工藝搭子兩端面（11） 粗車各處外圓（12） 精車各處外圓（13） 檢驗（14） 磨削連桿軸頸外圓（15） 磨削主軸頸（16） 磨削外圓（17） 磨削20 0 -00.021mm外圓（18） 檢驗（19） 車掉兩端工藝搭子（20） 車兩端面（21） 銑鍵槽（22） 倒角（23） 去毛刺（24） 最后檢驗二 曲軸的機械加工工藝過程分析2. 1曲軸的機械

7、加工工藝特點三拐曲軸除了具有軸的一般加工規(guī)律外，也有它的工藝特點，主要包括形狀復雜，剛性差及技術(shù)要求高，針對這些特點應采取相應的措施2. 2曲軸的機械加工工藝特點分析（1）該零件是多拐小型曲軸，生產(chǎn)批量不大，故選用中心孔定位，它是輔助基準，裝夾方便，節(jié)省找正時間，又能保證三處連桿軸頸的位置精度。但軸兩端的軸頸比例不再統(tǒng)一圓周上，故不能直接在軸端面上鉆三對中心孔。于是，在曲軸毛坯制造時，預先鑄造兩端的工藝搭子，這樣就可以在工藝搭子上鉆出四對中心孔，達到用中心孔定位的目的。（2）在工藝搭子端面上鉆四對中心孔，先以兩主軸頸為粗基準，鉆好主軸頸的一對中心孔；然后以這一對中心孔定位，以連桿軸頸為粗基準劃

8、線，再將曲軸放到回轉(zhuǎn)工作臺上，加工32mm、圓周120均布的三個連桿軸頸的中心孔，這樣就保證了它們之間的位置精度。（3）該零件剛性較差，應按先粗后精的原則安排加工順序，逐步提高加工精度。對于主軸頸與連桿軸頸的加工順序是，先加工三個連桿軸頸，然后再加工主軸頸及其他各處的外圓，這樣安排可以避免一開始就降低工件剛度，減少受力變形，有利于提高曲軸加工精度。（4）由于使用了工藝搭子，銑鍵槽工序安排在切除中心孔后進行，故磨外圓工序必須提前在還保留工藝搭子中心孔時進行，同時要注意防止已磨好的表面被碰傷。2. 3曲軸主要加工工序分析（1）銑曲軸兩端面,鉆中心孔本工序在鉆銑車組合車床上完成，主要保證曲軸總長及中

9、心孔的質(zhì)量，若端面不平則中心鉆上的兩切削刃的受力不均，鉆頭可能引偏而折斷，因此采用先面后孔的原則。中心孔除影響曲軸質(zhì)量分布外，它還是曲軸加工的重要基準貫穿整個曲軸加工始終。因而直接影響曲軸加工精度。打中心孔在本次工藝設(shè)計中因考慮設(shè)備因素，采用找出曲軸的幾何中心代替質(zhì)量中心。打中心孔以毛坯的外表面作為基準，因而毛坯外表面質(zhì)量好壞直接影響孔的位置誤差。（2）曲軸主軸頸的車削由于曲軸年產(chǎn)量不大，主軸頸加工采用車削，在剛度較強的普通車床上進行。曲軸安裝在前、后頂尖上線一端用大盤夾住而另一端用頂尖頂住，用硬質(zhì)合金車幾道工序上完成主軸頸的車削。由于加工余大且不均勻，旋轉(zhuǎn)不平衡，加工時產(chǎn)生沖擊，因此工件要夾

10、牢固。車床、刀具、夾具要有足夠的剛性。主軸頸車削順序是先精車一端主軸頸及軸肩，然后以車好的主軸頸定位。另一側(cè)用頂尖以中心孔定位。車另一端主軸頸、肩及各個軸頸，半精度及精車都按此順序進行，逐漸提高主軸頸及其他軸頸的加工精度。（3）曲軸連桿軸頸的車削主軸頸及其它外圓車好后，以主軸頸作為加工連桿軸頸的基準，采用專用的車夾具、車削連桿軸頸，車削同樣在普通車床上進行。車削連桿軸頸需要解決的是角度定位（兩連桿軸頸軸線需要控制在180度+30度或180度30度）以及曲軸旋轉(zhuǎn)的不平衡問題。這些都由專用夾具來保證，夾具體為一對用以定位的v型塊組成，裝在接盤上。接盤與車床過渡接盤靠中間的定位銷定位并連接，接盤在過

11、渡接盤上靠棱形定位銷可轉(zhuǎn)180度，依次車削兩個連桿軸頸。v型塊中心與車床主軸線距離一個曲軸半徑。車削過程中，一端與曲軸主軸頸定位并夾緊，另一端靠偏中心座夾緊，中心座上鉆有中心孔，中心孔偏心距同樣為一個曲軸半徑。用頂尖頂緊中心孔，這樣就能保證連桿軸頸軸線與車床主軸線一致。安裝夾具體的接盤上有平衡塊，消除曲軸旋轉(zhuǎn)時不平衡力矩的生。曲軸加工時由于受到離心力和兩頂尖的軸向壓緊偏心力的作用，容易發(fā)生彎曲變形，為了加強工件剛度，用撐桿來撐住另一個曲拐的開移。車削連桿軸頸時為了使切削力不致于太大，每次車削余量控制在11.5mm內(nèi)，同時車床旋轉(zhuǎn)不能太高，刀具采用高速鋼。（4）鍵槽加工這個鍵槽主要用于飛輪，加工

12、此鍵槽應安排在主軸頸精車工序之后，這樣能保證定位精度及控制鍵槽的深度以及對稱度。鍵槽加工是以兩主軸頸定位，同樣用專用夾具在普通銑床上進行。（5）軸頸的磨削由于主軸頸及連桿軸頸精度較高，尺寸精度為it6級，表面粗糙度1.60.8m，并且具有較高的形狀精度及位置精度。因此主軸頸與連桿軸頸精車后要進行磨削，以提高精度表面粗糙度。在工藝設(shè)計中，首先磨主軸頸然后磨連桿軸頸。中間主軸頸磨好后才能磨其余軸頸，磨主軸頸和連桿軸頸的安裝方法基本上與車軸頸相同，磨主軸頸是以中心孔定位，在外圓磨床上進行，磨連桿軸頸則以經(jīng)過精磨的兩端主軸頸定位，以保證與主軸頸的軸線距離及平行度要求，磨連桿軸頸是在曲軸磨床上進行的。由

13、于軸頸寬度不大，采用橫向進給磨削法，生產(chǎn)率較高，磨輪的外形需仔細地修整，因為直接影響軸頸與圓角的形狀，磨削余量根據(jù)車削后的精度而定，粗磨余量值每邊0.20.3mm，精磨余量控制在0.10.15 mm內(nèi)。在橫向進給磨削中，磨輪對工件的壓力很大，為避免曲軸彎曲，采用可以調(diào)節(jié)的中心架，否則就不能去掉上道工序留下的彎曲度，最好待這個軸頸的擺差減小才開始使用中心架。磨削主軸頸時應把兩頂尖孔倒角處抹干凈，去砂粒及油泥，確保加工基準中心孔的精度，磨削工序之前必須修研中心孔。三 機械加工余量、工序尺寸及公差的確定3.1曲軸主要加工表面的工序安排曲軸的主要加工表面為主軸頸、連桿軸頸、各外圓；次要加工表面為兩端面

14、、鍵槽。此外，還有還有檢驗、清洗、去毛刺等工序。連桿各主要表面的工序安排如下：（1）、主軸頸：粗車、精車、磨削；（2）、連桿軸頸：粗車、精車、磨削；3.2確定工時定額粗車七個連桿軸頸至25.80-0.084。 （1） 被吃刀量：取=1mm，（2） 進給量f：取。（3） 機床主軸轉(zhuǎn)速: 取n=600r/min（4） 切削速度：（5） 計算切削工時：被切削層長度=322=66mm ，因為粗車走刀兩次，故tm=0.44min精車三個連桿軸頸至24.50-0.033。 （1） 被吃刀量：取=0.65mm，（2） 進給量f：取f=0.3mm/r（3） 機床主軸轉(zhuǎn)速: 取n=800r/min（4） 切削速

15、度：（5） 計算切削工時：被切削層長度=322=66mm，因為粗車走刀兩次，故tm=0.55min四 附錄設(shè)備刀具工序號工序名稱設(shè)備名稱型號夾具、刀檢具及輔具005銑端面雙面銑床010劃線可調(diào)v型架015打中心孔中心孔鉆床可調(diào)中心架020粗車法蘭外圓c630025粗車主四c630030粗磨主四mq8260p900x38x305a46#p5v035車主頸及大小頭s1-206卡瓦、成型車刀040粗磨主頸及小頭mq8260砂輪045精車大頭ca6140050車小頭平端面c3180錐柄鉆花055鉆大頭孔c3180錐柄麻花鉆060銑定位面065車外端連頸s1-217卡瓦、成型車刀070車第二區(qū)連頸s1-

16、217卡瓦、成型車刀075車中心區(qū)連頸s1-217卡瓦、成型車刀080粗磨連頸mq8260三等分夾具、砂輪085半精磨小頭mq8260090鉆直油孔z35a鉆直油孔鉆模095鉆斜油孔油孔鉆床鉆斜油孔鉆模100精磨主頸mq8260砂輪、修整器、中心架、千分尺、卡板105精磨法蘭mq8260砂輪、修整器、中心架、千分尺、卡板110精磨連頸mq8260砂輪、修整器、中心架、三等分夾具、中心高檢具115探傷及退磁jdc-900120氮化前拋光砂紙150#125檢驗130校直y41-63v型塊135氮化140修中心孔、倒角ca6140145精磨小頭mq8260表架、主一長度檢具150精車軸承孔ca614

17、0內(nèi)徑量缸表、校對規(guī)155鉆法蘭孔z35a鉆模、鉆花、絲攻160銑鍵槽x62w銑鍵槽夾具165去毛刺電動工具170油孔口拋光橡膠錐及砂紙180#175動平衡及去重動平衡機、z35a鉆花180氮化后拋光砂紙180#185檢驗190清洗、上蠟、包裝清洗機柴油、清洗液、蠟五 工序分析（1）銑端面工序有兩個作用：保證曲軸的總長；保證中心孔的質(zhì)量。若端面不平，則中心鉆上兩個切削刃的受力不均，鉆頭引偏而折斷。這也是“先面后孔”原則的具體應用。（2）中心孔的重要性：中心孔除影響曲軸的質(zhì)量分布外，它的重要性還在于它是曲軸加工的重要精基準，直接影響曲軸的加工精度，因此中心孔必須滿足其質(zhì)量要求。但工件經(jīng)過粗加工后

18、，中心孔的精度往往不可避免地受到影響，所以在精加工之前，必須對中心孔進行修研，確保符合其技術(shù)要求。可用油石或橡膠砂輪修研。（3）打中心孔是采用找出曲軸的幾何中心來代替質(zhì)量中心，是以毛坯的外表作為基準。毛坯外表光潔圓整，則打出的中心孔位置誤差就小。（4）按照s1-206車床的工裝結(jié)構(gòu)，必須先粗車和粗磨主頸四。主頸四是加工長度尺寸的一個基準，其兩側(cè)扇板的厚度應分均勻，否則極易使整根曲軸的軸向尺寸發(fā)生偏移，即單邊，致使曲軸各扇板厚度不一而致廢。（5）因曲軸剛度差，故車主軸頸的工序，采用前后刀架同時橫向進給的s1-206一次加工成型的機床，必須注意刀排分布應合理，車刀應常換常磨，進刀量應適中。（6）車

19、小頭孔、平端面工序不容忽視。因為小頭是與起動爪相連的部位，在用人力起動發(fā)動機時,小頭傳遞大力矩,所以首先要保證小頭的有效深度，其次小頭孔倒角應圓整光滑,角度正確,以保證精磨小頭時外圓跳動合格,否則就應重新精修小頭孔倒角。（7）鉆大頭孔工序?？滋顣绊懙谄咧鬏S頸及法蘭的強度,太淺會影響內(nèi)裝黃油的空間和裝軸承的軸向位置。（8）銑定位面。為了使車連頸時角度分布均勻，按照鑄造毛坯六缸曲軸的角度均布原理去掉鑄造余量,故必須銑好定位面。不論定位面向那邊有所偏移,都會嚴重改變鑄件曲軸工序余量的均勻分布,嚴重偏移的致使連頸加工不足而致廢。（9）車連頸s1-217是成型車床，刀排分布合理、車刀的成型正確、進刀量適中、定位面緊靠都直接影響到產(chǎn)品能否達到工藝技術(shù)要求。故中心距、長度、寬度尺寸和圓弧、外圓尺寸等的調(diào)整必須在車床進入穩(wěn)定加工狀態(tài)后才可進行，避免工藝系統(tǒng)熱變形影響太大。（10）粗磨連頸是一道重要工序。粗磨連頸要進行曲軸120的三等分,保證中心高尺寸。磨床首尾兩端偏心夾具的移動會引