發(fā)動機曲軸加工工藝及夾具設(shè)計

《發(fā)動機曲軸加工工藝及夾具設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《發(fā)動機曲軸加工工藝及夾具設(shè)計（61頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 汽車發(fā)動機曲軸加工工藝及夾具設(shè)計 學院名稱 專業(yè)名稱 學生姓名 學號 指導教師 六月 汽車發(fā)動機曲軸加工工藝及夾具設(shè)計 摘要：機械制造業(yè)加工水平是一國經(jīng)濟發(fā)展水平的標志。機械制造業(yè)為國民經(jīng)濟各部門提供裝備，它的發(fā)展水平直接影響到國民經(jīng)濟各部門技術(shù)水平和經(jīng)濟效益的提高。長期以來，汽車制造業(yè)，作為國家重點投資和發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，雖然取得了一定的成績，但是與國際上汽車工業(yè)先進國家相比還有很大差距。隨著經(jīng)濟全球化，汽車工業(yè)必須面對國內(nèi)和國際廣泛領(lǐng)域的競爭。為提高中國汽車制造業(yè)在國際上的競爭力，首先必須要改進汽車重要零件的生產(chǎn)工藝和制造技術(shù)。 本文深入的分析了汽車發(fā)動機曲軸的結(jié)構(gòu)特點和工藝過程，制定了解放牌汽車CA6102發(fā)動機曲軸的加工工藝。并以實現(xiàn)高生產(chǎn)效率和低成本為出發(fā)點來設(shè)計了曲軸加工過程中的工裝夾具。并以AUTOCAD和三維造型軟件UG(Unigraphics)為設(shè)計平臺，分別繪制了CA6102發(fā)動機曲軸零件圖、三維模型以及曲軸工裝夾具的零件圖和三維模型。 關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動機；曲軸；工藝；夾具 The Processing Technology of Crankshaft and the Design of Fixtures Abstract:The level of machinery manufacturing is the sign of national economy development .Machinery manufacturing supplies equipments to the national economy, and its development has a direct influence on the level of technique and the improvement of economic efficiency in the departments of our national economy. Over the years, the automobile industry is regarded as the main investment and development industry in our country. In spite of some achievements, we still lag far behind when compared with other countries in the world which are advanced in automobile industry. With the globalization of world economy, the automobile industry has to face the fierce competition in a large domestic and international area. In order to enhance the competitiveness of China’s automobile industry in the international fields, we should firstly enhance the craft of its key parts and manufacturing technology of the automobile. This article analyzes deeply in the structural characteristics and process of the engine crankshaft, and has developed the crankshaft processing of the engine of Jiefang automobile CA6102. And it takes achieving high efficiency of production and low cost as the starting point to design power tools of the crankshaft’s producing processing. And it is in the platform of AUTOCAD and three-dimensional shape software UG, having drawn the charts of CA6102 engine crankshaft components, models of three-dimensional and drawings of crankshaft tool components and models of three-dimensional. Key words: engine, crankshaft, process, fixtures  目 錄 第1章 緒論 1 1.1課題背景 1 1.2國內(nèi)外研究狀況 2 1.3中國內(nèi)燃機曲軸發(fā)展趨勢 4 1.3.1鑄造技術(shù) 4 1.3.2鍛造技術(shù) 5 1.3.3機械加工技術(shù) 6 1.3.4熱處理技術(shù)和表面強化技術(shù) 6 1.3.5曲軸表面強化技術(shù) 7 1.4國外內(nèi)燃機發(fā)展趨勢 7 1.5研究內(nèi)容和研究方法 9 1.6課題研究的意義和目的 10 1.7論文正文的結(jié)構(gòu) 10 第2章 零件工藝總體設(shè)計 11 2.1曲軸零件介紹 11 2.1.1曲軸零件分析 12 2.1.2曲軸的主要加工表面及技術(shù)要求 13 2.2曲軸加工工藝分析 14 2.2.1毛坯選擇 16 2.2.2基準的選擇 17 2.3確定工藝路線 18 第3章 工藝詳細設(shè)計 21 3.1主要工序分析 21 3.1.1軸頸的車削 21 3.1.2軸頸的磨削 26 3.1.3軸頸深油孔的加工 28 3.1.4軸頸的光整加工 30 3.2切削用量選擇原則 31 3.2.1粗加工時切削用量的選擇原則 32 3.2.2精加工時切削用量的選擇原則 33 3.3機械加工余量和工序尺寸以及毛坯尺寸的確定 33 3.3.1確定工序尺寸 33 3.3.2尺寸鏈計算 35 3.4切削用量及工額定時 36 3.4.1銑曲軸兩端面和鉆中心孔 36 3.4.2粗車第四主軸頸及兩端面 37 3.4.3粗磨第4主軸頸： 38 3.4.4粗車其余主軸頸及其它外圓端面： 38 3.4.5精車第2、3、5、6、7主軸頸和油封軸頸及法蘭 39 3.4.6銑工藝定位平面 39 3.4.7車六個曲柄銷及其端面 40 3.4.8鉆油孔 41 3.4.9精磨主軸頸 41 3.4.10粗磨連桿軸頸 41 3.4.11精磨連桿軸頸 42 3.4.12銑鍵槽 42 3.4.13精加工法蘭端軸承孔 43 3.4.14拋光 43 第4章 專用夾具設(shè)計 44 4.1夾具的概念以及作用 44 4.1.1機床夾具的概念 44 4.1.2機床夾具的分類 44 4.1.3夾具的組成 45 4.2精磨連桿軸頸專用夾具設(shè)計 45 4.2.1總體分析 45 4.2.2夾具設(shè)計 46 4.2.3切削力及夾緊力的計算 48 4.2.4定位誤差的分析 51 結(jié) 論 52 致 謝 53 參考文獻 54 第1章 緒論 1.1課題背景 我國制造業(yè)水平正在高速發(fā)展，長期以來，汽車制造業(yè)，作為國家重點投資和發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，雖然取得了一定的成績，但是與國際上汽車工業(yè)先進國家相比還有很大差距。我國汽車汽車工業(yè)尚屬幼稚產(chǎn)業(yè)。隨著經(jīng)濟全球化，汽車工業(yè)必須面對國內(nèi)和國際廣泛領(lǐng)域的競爭。為提高中國汽車制造業(yè)在國際上的競爭力，首先必須要改進汽車重要零件的生產(chǎn)工藝和制造技術(shù)。 曲軸是內(nèi)燃機中的重要零件之一，是承受沖擊載荷傳遞動力的關(guān)鍵零件，在內(nèi)燃機五大件機體、缸蓋、曲軸、連桿、凸輪軸中是最難以保證加工質(zhì)量的零件。由于曲軸工況條件惡劣，因此對曲軸的材質(zhì)、毛坯加工技術(shù)、精度、表面粗糙度、熱處理和表面強化、動平衡等要求都十分嚴格。若其中任何一個環(huán)節(jié)的質(zhì)量沒有得到保證，將會嚴重影響曲軸的壽命和整機的可靠性，因此包括中國在內(nèi)的世界各國對曲軸的加工都十分重視，都在不斷地改進曲軸加工工藝，最大限度地提高曲軸的壽命。 我國內(nèi)燃機曲軸專業(yè)生產(chǎn)改進企業(yè)共63家。近年來隨著行業(yè)的不斷發(fā)展，通過引進技術(shù)消化吸收和自行開發(fā)，總體水平有了較大的提高。但是也應看到，我國內(nèi)燃機曲軸生產(chǎn)技術(shù)距世界先進水平仍相差很遠，甚至于還滿足不了我國內(nèi)燃機行業(yè)技術(shù)發(fā)展的要求。國內(nèi)曲軸專業(yè)生產(chǎn)廠家雖然不是很多，但存在整體規(guī)模小、專業(yè)化程度低、企業(yè)設(shè)備陳舊、產(chǎn)品設(shè)計和工藝落后、性能和可靠性差、品種雜亂和“三化”程度低等問題，它是影響整機適應國內(nèi)及國際市場能力的重要因素。隨著我國加人WTO，內(nèi)燃機零部件行業(yè)將面臨更加激烈的市場競爭，也將迎來新的發(fā)展與機遇。我們只有充分了解國內(nèi)外內(nèi)燃機曲軸制造技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，及時地改進和提高曲軸制造技術(shù)水平，生產(chǎn)出具有世界一流水平的內(nèi)燃機曲軸，才能以實力參與市場激烈的競爭。[1] 1.2國內(nèi)外研究狀況 （1）毛坯的制造技術(shù) 球鐵曲軸的生產(chǎn)繼，QT600-2，700-2之后，現(xiàn)已能穩(wěn)定地生產(chǎn)QT800-2，QT900-2等幾種牌號，目前已能大批量生產(chǎn)QT800-6球鐵曲軸。但從整體水平來看, 存在生產(chǎn)效率低，工藝裝備落后，毛坯機械性能不穩(wěn)定，精度低，廢品率高等問題。 （2）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，國外球鐵中硫、磷、鎂及稀土元素含量明顯低于國產(chǎn)件，且金相組織中的石墨圓整均勻。究其原因，主要是國內(nèi)以沖天爐為主的生產(chǎn)設(shè)備，鐵水未進行預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)外加預脫硫的熔煉方法，即可以用沖天爐熔化鐵水，經(jīng)爐外脫硫把硫降到以0.01%以下），然后在感應電爐中升溫并調(diào)整成分。爐前鐵水成分的檢測國內(nèi)已普遍采用真空直讀光譜儀來進行，真空直讀光譜儀多從日本、美國、英國等國引進。 （3）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變形量無反彈的特點，這對于多拐曲軸尤為重要。目前國內(nèi)一些廠家已從瑞士、德國、意大利、西班牙等國的公司引進。在國外，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。利用該工藝及其配套設(shè)備可制取高強度的鑄型殼，從而確保鑄件具有較高的精度、較低的表面粗糙度和致密的金相組織。目前國內(nèi)極少數(shù)廠家已引進整條生產(chǎn)線。 （4）砂處理和清理 型砂質(zhì)量是確保鑄形質(zhì)量的重要條件，在高效混砂和舊砂冷卻方面是我國的薄弱環(huán)節(jié)。因此，國內(nèi)部分廠家從德國、日本、瑞士、美國引進了混砂機和舊砂冷卻裝置，以及大容量的滾筒篩、斗式提升機、砂形水分檢測控制儀等。鑄件的清理使用吊鏈式拋丸室和鑄件水平旋轉(zhuǎn)鼠籠式拋丸機。國外砂處理系統(tǒng)和單元多為自動化微機管理，型砂中水分和有效粘土含量及煤粉含量實行自動檢測和控制，型砂運輸系統(tǒng)多為自動化控制。鑄件清理全部在專機自動線上進行，多數(shù)勞動由機械手和機器人操作。 （5）毛坯的鍛造技術(shù) 目前，國內(nèi)雖已有一批先進的鍛造設(shè)備，但由于數(shù)量少，加之模具制造技術(shù)和其他一些設(shè)施跟不上，使一部分先進設(shè)備未充分發(fā)揮應有的作用。但從總體上來講，需改造和更新的陳舊普通鍛造設(shè)備多，工藝落后，先進的技術(shù)雖有所應用但還不普遍，檢測手段以手工測量為主，鍛件質(zhì)量不穩(wěn)定，加工余量偏大，材料利用率偏低，能耗高，噪聲、振動和煙塵治理差，勞動強度大，生產(chǎn)效率低。 （6）機械加工技術(shù) 國內(nèi)大部分專業(yè)廠家普遍采用普通機床和專用組合機床組成的流水線生產(chǎn)，生產(chǎn)效率、自動化程度較低。粗加工設(shè)備多采用S1-206A，S1217或S1-130曲軸車床加工主軸頸及連桿頸，工序質(zhì)量穩(wěn)定性較差，容易產(chǎn)生較大的內(nèi)部應力，難以達到合理的加工余量。外圓的磨削余量一般單邊留0.5～0.8mm；止推面單邊余量一般留0.3～0.4mm，為保證成品尺寸，采用多次磨削方式。一般精加工采用MQ8260曲軸磨床粗磨一半精磨一精磨一拋光。通?？渴止げ僮?，加工質(zhì)量不穩(wěn)定，廢品率較高?！鞍宋濉逼陂g，部分企業(yè)曾先后引進數(shù)控內(nèi)銑床銑曲軸主軸頸和連桿軸頸，數(shù)控磨床、數(shù)控砂帶拋光機等先進設(shè)備使曲軸機加工水平提高，但整體工藝水平仍很低，曲軸的關(guān)鍵技術(shù)項目與國外相差一個數(shù)量級。 國外的機加工技術(shù)大致可歸納為以下幾個特點： 1、廣泛采用數(shù)控技術(shù)及自動線，生產(chǎn)線一般由幾段獨立的自動化生產(chǎn)單元組成，具有很高的靈活性和適應性。采用龍門式自動上下料，集放式機動滾道傳輸，切削液分粗加工和精加工兩段集中供應和回收處理。 2、曲軸中心孔一般采用質(zhì)量定心加工方式，這樣可保證后續(xù)工序加工時工件運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。另外，在曲軸動平衡工序中，不平衡量很小，有利于改善曲軸的內(nèi)部質(zhì)量補償。 3、軸頸的粗加工一般采用數(shù)控銑削或車拉工藝。工序質(zhì)量可以達到國內(nèi)粗磨后的水平，且切削變形小、效率高。銑削和車拉是曲軸粗加工的發(fā)展方向。 4、國外的數(shù)控磨床多采用CNC控制技術(shù)，具有自動進給、自動修正砂輪、自動補償和自動分度等功能，使曲軸的磨削精度和效率顯著提高。主軸頸一般采用多砂輪磨削，連桿軸頸一般采用雙砂輪磨削。 5、油孔的加工采用鼓輪鉆床和自動線。近幾年來，隨著槍鉆技術(shù)的應用，油孔的加工大多采用槍鉆自動線鉆孔-修緣-拋光。 6、曲軸的拋光采用CNC控制的砂帶拋光機，所有軸頸一次拋光只需20多s，粗糙度可達Ra0.4以下，大大縮短了發(fā)動機的磨合期。 7、動平衡一般采用CNC控制的綜合平衡機，測量、修正一次完成。 8、檢測一般在生產(chǎn)線上配備MARPOSS或HOMWORK綜合檢測機，實現(xiàn)在線檢測，對曲軸的幾乎所有機加工項目均可一次完成檢測、顯示、打印。 9、曲軸的清洗采用專用精洗機定點定位清洗，能有效地保證曲軸的清潔度要求。 10、廣泛采用了軸頸過渡圓角滾壓技術(shù)。專用圓角滾壓機自動控制，對所有軸頸圓角進行一次滾壓，而且滾壓力和滾壓角度自動調(diào)節(jié)，使圓角處產(chǎn)生最佳的殘余壓應力，提高了曲軸的疲勞強度。 （7）熱處理和表面強化技術(shù) 曲軸的熱處理關(guān)鍵技術(shù)是表面強化處理。曲軸一般均采用正火處理，為表面處理做好組織準備。國內(nèi)在正火工藝方面也進行了大量的探索和創(chuàng)新。例如有的廠家試驗成功了用鑄造余熱進行正火熱處理的工藝，具有明顯的節(jié)能降耗效果，值得推廣應用。表面強化處理一般采用感應淬火或氮化工藝，少數(shù)廠家還引進了圓角淬火技術(shù)和設(shè)備?！鞍宋濉逼陂g我國引進了多套美國、意大利等國家的曲軸淬火和氣體氮化設(shè)備，近年來還引進了德國的曲軸軟液軟氮化和氣體二段式氮化技術(shù)以及離子氮化工藝，使我國的曲軸表面強化處理水平達到或接近國際先進水平。據(jù)國外資料介紹，球墨鑄鐵曲軸采用圓角滾壓工藝與離子氮化結(jié)合使用進行復合強化，可使整個曲軸的抗疲勞強度提高130%以上。東風汽車公司工藝研究所的“曲軸圓角滾壓強化與液壓校直技術(shù)研究開發(fā)及應用”解決了國內(nèi)企業(yè)所遇到的問題，該課題獲得了國家機械工業(yè)局科技進步二等獎。 1.3中國內(nèi)燃機曲軸發(fā)展趨勢 1.3.1鑄造技術(shù) （1）融化方面 對于高牌號鑄鐵的熔化，將采用大容量中頻爐進行熔煉或變頻中頻爐熔煉，對各類金屬原材料的使用將進行更為嚴格的管理，并采用直讀光譜儀檢測鐵水成分。對于普通鑄鐵的熔化，采用雙聯(lián)熔煉工藝，但沖天爐向大型化和外水冷無爐襯熱風或富氧送風方向發(fā)展，對沖天爐使用的非金屬原材料和金屬原材料要求更加嚴格，對鐵水中S，P及雜質(zhì)含量嚴加限制。球鐵處理采用轉(zhuǎn)包研制新品種球化劑，采用隨流孕育、型內(nèi)孕育及復合孕育等先進的孕育方法。熔化過程的各項參數(shù)實現(xiàn)微機控制和屏幕顯示，采用自動和半自動澆注機進行澆注，減少操作人員，實現(xiàn)沖天爐煙塵凈化無污染排放。 （2）造型和制芯 消失模鑄造將進一步發(fā)展和推廣。在砂型鑄造中，無箱射壓造型和擠壓造型將受到重視，并繼續(xù)在新建廠或改建廠中推廣應用。原有的高壓造型線將繼續(xù)使用，其中部分關(guān)鍵元件將得到改進。實現(xiàn)自動組芯和下芯。自動快換型板及模具可適應不同產(chǎn)品的更換交替。在制芯工藝上新型冷芯盒或新型溫芯盒制芯設(shè)備將出現(xiàn)，組合射芯將在新型設(shè)備上進一步推廣和應用。Repset砂的造型和制芯工藝將進一步推廣。 （3）砂處理和清理 砂處理系統(tǒng)和單元將實現(xiàn)微機化管理，型砂中水分和有效粘土含量及煤粉含量將實現(xiàn)自動檢測和控制，型砂運輸系統(tǒng)將實現(xiàn)自動化程序控制。鑄件清理將全部在專機自動線上進行，主要是機器人操作，在清理自動線上實現(xiàn)荒加工和質(zhì)量檢測。 1.3.2鍛造技術(shù) （1）計算機技術(shù)的應用 計算機將廣泛應用于生產(chǎn)過程的自動化控制，能實現(xiàn)鍛造溫度控制，過熱和欠熱棒料的自動化分選，潤滑油點油溫監(jiān)控，設(shè)備公稱力顯示，自動噴霧冷卻模具，設(shè)備操縱系統(tǒng)控制，故障自動診斷、報警，工藝編程，模具設(shè)計與制造。計算機的廣泛應用在工藝過程的規(guī)范化管理，促進曲軸乃至內(nèi)燃機鍛造行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)進步等方面發(fā)揮著重要的作用。 （2）形成柔性制造系統(tǒng) 以熱模鍛壓力機、電液錘為主機的自動線是今后生產(chǎn)曲軸的發(fā)展方向，這些生產(chǎn)線將普遍采用精密剪切下料、輥鍛（楔橫軋）制坯、中頻感應加熱、精整液壓機精壓等先進工藝，同時配有機械手、輸送帶、帶回轉(zhuǎn)臺的換模裝置等輔機，形成柔性制造系統(tǒng)。通過FMS，可自動更換工件和模具以及自動進行參數(shù)調(diào)節(jié)，在工作過程中不斷測量。顯示和記錄鍛件厚度和最大壓力等數(shù)據(jù)并與定值比較，選擇最佳變形量以獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。由中央控制室監(jiān)控整個系統(tǒng)，實現(xiàn)無人化操作。 （3）發(fā)展電液錘鍛造生產(chǎn)線 隨著市場競爭的激烈，質(zhì)量價格在市場競爭中的作用日顯重要，電液錘也應運而生，出現(xiàn)了以行程、打擊能量、速度可控與預選的電液錘為主機的曲軸現(xiàn)代化水平生產(chǎn)線。由于電液錘鍛造生產(chǎn)線投資小，技術(shù)水平高，適應性強，所以21世紀電液錘與熱模鍛壓力機將同時得到發(fā)展，都將為各種新型或改進型內(nèi)燃機提供合格的精密鍛造毛坯。 1.3.3機械加工技術(shù) 曲軸粗加工將廣泛采用數(shù)控車床，CNC數(shù)控內(nèi)銑床，CNC車削，拉削機床等先進設(shè)備對主軸頸和連桿軸頸進行數(shù)控車削、內(nèi)銑削、車削、拉削加工，以有效地減少曲軸加工的變形量。曲軸精加工將廣泛采用CNC控制的曲軸磨床對其軸頸進行精磨加工，此種磨床將配備砂輪自動動平衡裝置、中心架自動跟蹤裝置、自動測量、自動補償裝置、砂輪自動修整、恒線速度等功能要求，以保證磨削質(zhì)量的穩(wěn)定。 工件的輸送，將廣泛采用帶自動編碼識碼的機動滾道輸送，龍門式機械手上下工件，減少輸送中人為的碰撞，實現(xiàn)曲軸的自動加工。 曲軸超精加工將廣泛采用砂帶拋光機拋光加工，以改善曲軸表面粗糙度和提高曲軸疲勞強度 1.3.4熱處理技術(shù)和表面強化技術(shù) （1）曲軸中頻感應淬火 曲軸中頻感應淬火，將采用微機監(jiān)控閉環(huán)中頻感應加熱裝置，該裝置的特點是： 1、能動態(tài)地顯示系統(tǒng)工況，具有多任務、多窗口及動態(tài)數(shù)據(jù)交換等功能，操作方便。 2、多幅畫面，各畫面之間以動態(tài)圖像實時顯示中頻設(shè)備運行過程中各重要參數(shù)狀態(tài)、各點溫控監(jiān)控畫面，具有顯示曲軸多點溫度、時間等情況，及根據(jù)不同直徑、材質(zhì)選用加熱溫度的功能。 3、記錄實時及歷史趨勢曲線，記錄打印裝置運行過程中或某一范圍內(nèi)的各項參數(shù)，主要用于檔案管理及過程分析。 4、報警功能，當某項關(guān)鍵參數(shù)達到相應極限值時自動報警。 該裝置具有效率高，質(zhì)量穩(wěn)定，運行可靠等特點，今后將得到廣泛應用。 （2）曲軸軟氮化 為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，對于大批量生產(chǎn)的曲軸將采用微機控制的氮基氣氛氣體軟氮化生產(chǎn)線，此工藝是今后的發(fā)展方向。 氮基氣氛氣體軟氮化生產(chǎn)線由前清洗機（清洗干燥）、預熱爐、軟氮化爐、冷卻油槽、后清洗機(清洗干燥)、控制系統(tǒng)及制氣配氣等系統(tǒng)組成。 該工藝具有安全、節(jié)能，工藝控制可靠，氣源成本低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，性能重現(xiàn)性好，易實現(xiàn)自動化、計算機管理，生產(chǎn)率高的顯著特點，具有較高的應用推廣前景。 1.3.5曲軸表面強化技術(shù) 為了大幅度提高曲軸的疲勞強度，圓角滾壓強化將大量應用于曲軸加工中。另外，曲軸圓角滾壓強化加軸頸表面淬火等復合強化工藝也將大量應用于曲軸加工中。 1.4國外內(nèi)燃機發(fā)展趨勢 （1）鑄造技術(shù) 采用先進工藝，提高機械化自動化水平，大力擴展計算機的應用范圍，優(yōu)質(zhì)、高效地生產(chǎn)出輕量化、精密化的鑄造毛坯，是國外鑄造行業(yè)發(fā)展的總趨勢。 （2）輕量化 采用高強度、高韌性材質(zhì)，以減小壁厚和斷面尺寸殼形鑄造、復砂造型生產(chǎn)曲軸毛坯進一步生產(chǎn)出少、無切削余量的鑄造毛坯計算機將在各個工藝環(huán)節(jié)的檢測、診斷、控制和自動化生產(chǎn)等方面廣泛應用。 （3）熔化 沖天爐仍然朝著大容量、連續(xù)化、高溫熱風方向發(fā)展，同時，在精確配料、爐況檢測、故障診斷、自動控制等方面進一步計算機化。球鐵熔煉工藝將得到進一步發(fā)展。變頻電爐同時用于熔化、保溫的雙爐體交替生產(chǎn)的范圍將得到發(fā)展。 （4）造型 冷殼型將可能逐步替代覆膜砂殼型鑄造。在制芯方面，將發(fā)展冷芯工藝，并進一步完善比較成熟的制芯工藝。在制芯設(shè)備方面，多功能、多用途、制芯中心化將得到進一步發(fā)展。 （5）砂處理和清理 型砂質(zhì)量也是確保鑄型質(zhì)量的重要條件，重點發(fā)展采用計算機控制砂處理系統(tǒng)乃至全過程，即運用計算機進行預測、診斷、控制型砂性能。 清理將重點發(fā)展機械手或機器人對鑄件進行拋丸、打磨和切割。 （6）鍛造技術(shù) 隨著鍛壓技術(shù)的進步，在變形理論上采用有限元法，借助電子計算機研究應力和變形狀態(tài)。20世紀70年代，發(fā)達國家新建或改建的大的專業(yè)鍛造廠大都是用以微機數(shù)控和群控的模鍛壓力機或電動液壓錘及螺旋壓力機為主機的生產(chǎn)線大批量生產(chǎn)曲軸等鍛件。近年來，隨著CAD/CAM的廣泛采用，管理信息系統(tǒng)和集成生產(chǎn)系統(tǒng)的引人，鍛造生產(chǎn)軟件、硬件和數(shù)據(jù)庫的研究，以實現(xiàn)鍛造生產(chǎn)從原材料、工藝和工藝裝備最佳方案的選擇和整個過程的控制，推動著鍛造生產(chǎn)向合理化、自動化方向發(fā)展。 （7）機加工技術(shù) 由于數(shù)控技術(shù)的飛速發(fā)展，國外的機加工自動線將具有更高的適應性和靈活性，大批量生產(chǎn)的曲軸軸頸粗加工，國外采用車削、銑削和車拉三種方式，其中數(shù)控內(nèi)銑和車拉逐漸顯示出其高效和經(jīng)濟性，是曲軸粗加工的發(fā)展趨勢。曲軸的磨削廣泛采用全數(shù)控、全封閉自動線進行。 廣泛采用圓角滾壓工藝強化圓角，軸頸拋光廣泛采用CNC砂帶拋光機。曲軸動平衡采用自動線，一般均為計算機控制，自動測量和修正。 曲軸的檢測將廣泛采用在線自動檢測和終檢相結(jié)合的方式，關(guān)鍵設(shè)備設(shè)有電子量儀，能連續(xù)監(jiān)控加工精度，提高生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。 （8）熱處理技術(shù) 主要是表面強化技術(shù)的進一步發(fā)展和材質(zhì)的開發(fā)和選擇。 非調(diào)質(zhì)鋼、微量合金鋼、高強度貝氏體鑄鐵等將廣泛地應用于曲軸。 在提高曲軸的彎曲疲勞性能方面圓角滾壓最為有效；曲軸的感應處理采用中頻圓角—軸頸淬火能同時提高耐磨性和疲勞強度曲軸的表面化學熱處理以德國的二段式氣體軟氮化法較先進，可獲得單相ε化合物層，大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，估計將會得到廣泛的應用曲軸化學復合表面熱處理強化、中頻淬火+圓角滾壓復合強化也將會得到廣泛應用。 通過詳細介紹國內(nèi)外內(nèi)燃機曲軸制造技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢可以看出，目前國內(nèi)曲軸制造技術(shù)與國外先進技術(shù)有相當?shù)牟罹唷ｋm然國內(nèi)部分骨干企業(yè)從發(fā)達國家引進了不少先進設(shè)備，但整體技術(shù)水平仍比較低。我們只有借鑒國外的先進經(jīng)驗，立足于本國現(xiàn)實，既引進先進技術(shù)，又進行消化、吸收，才能全面提高我國的曲軸制造技術(shù)水平。[1][2][20][21] 1.5研究內(nèi)容和研究方法 主要研究汽車發(fā)動機曲軸的加工工藝，以及機加工的工裝夾具設(shè)計。首先搜集曲軸的相關(guān)資料，研究出曲軸的以下分析方法： （1）首先分析曲軸零件圖中的形狀特點、尺寸大小、精度要求、原材料尺寸規(guī)格和力學性能等參數(shù)，并結(jié)合當今的制造條件、生產(chǎn)批量等因素，分析曲軸的機加工工藝性。良好的工藝性應保證工序數(shù)目少、占用設(shè)備數(shù)量少、生產(chǎn)效率高、夾具結(jié)構(gòu)簡單而壽命高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、操作簡單。設(shè)計一套工裝夾具。 （2）確定工藝方案和主要工藝參數(shù)的計算。在曲軸工藝分析的基礎(chǔ)上，找出曲軸制造工藝及其工裝夾具設(shè)計的特點和難點。根據(jù)實際情況，提出各種可能的工藝方案，內(nèi)容包括工序性質(zhì)、工序數(shù)目、工序順序及組合方式等。有時同一種零件也可能存在多個可行的工藝方案，通常每種方案各有優(yōu)缺點，應從產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、設(shè)備占用情況、夾具制造的難易程度和壽命高低、生產(chǎn)成本、操作方便與安全程度等方面進行綜合分析、比較，確定出適合于現(xiàn)有生產(chǎn)條件的最佳方案。此外，了解零件的作用及使用要求對零件工藝與夾具設(shè)計是有幫助的。工藝參數(shù)指毛坯的選擇，定位基準的選擇，工藝路線的擬定，確定加工余量及工序尺寸和公差，表面質(zhì)量等。 （3）選擇機加工設(shè)備。根據(jù)要完成工序的性質(zhì)和各種機加工設(shè)備的加工能力，結(jié)合工廠現(xiàn)有設(shè)備情況，合理選擇曲軸機加工設(shè)備。 （4）工裝夾具的設(shè)計。根據(jù)擬定的工藝方案，設(shè)計夾具的結(jié)構(gòu)和計算結(jié)構(gòu)參數(shù)。需要校核夾具結(jié)構(gòu)上的有關(guān)參數(shù)。例如，夾具的強度，剛度，定位元件的尺寸，定位誤差，夾具力等。 （5）繪制夾具總裝圖以及零件圖。夾具總裝圖，反應了夾具的定位機構(gòu)、加緊機構(gòu)、導向或?qū)Φ堆b置及其它輔助裝置等，用夾具體連接起來，直觀形象。對于夾具總裝圖中的非標準零件，要分別繪制零件圖，并標注全部的尺寸，公差與配合及技術(shù)要求。[3] 1.6課題研究的意義和目的 在汽車零部件的生產(chǎn)過程中，曲軸是內(nèi)燃發(fā)動機中的關(guān)鍵零件之一，也是內(nèi)燃機中最難加工的工件之一。優(yōu)化曲軸的生產(chǎn)工藝及其夾具的設(shè)計方案，達到提高曲軸質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本，提高國產(chǎn)汽車發(fā)動機質(zhì)量及其市場占有率。通過對課題的分析與設(shè)計能夠全力提高機械制造水平、降低生產(chǎn)成本，發(fā)展先進制造技術(shù)，促進產(chǎn)品升級換代，提高企業(yè)整體競爭能力，迎接新世紀的機遇和挑戰(zhàn)。 1.7論文正文的結(jié)構(gòu) 本文共分為四章，內(nèi)容包括：第一章緒論（簡述了該課題的研究背景以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和研究方法以及意義和目的）。第二章零件工藝總體設(shè)計（分析了零件各部分的加工要求擬定了零件加工工藝路線）。第三章工藝詳細設(shè)計（深入分析了加工過程中的重要工序，確定切削用量）第四章專用夾具設(shè)計（設(shè)計了精磨連桿軸頸的磨床夾具）。  第2章 零件工藝總體設(shè)計 2.1曲軸零件介紹 曲軸是發(fā)動機內(nèi)一個高速旋轉(zhuǎn)的長軸，是發(fā)動機最重要的和承受負荷最大的零件之一。曲軸的作用是將活塞的往復運動通過連桿變形成回轉(zhuǎn)運動，進而通過飛輪把扭矩輸送給底盤的傳動系，因此曲軸不但承受著周期性的彎曲力矩和扭轉(zhuǎn)力矩，同時受到扭轉(zhuǎn)振動的附加應力的作用。這樣就使曲軸的受力情況非常復雜。此外，發(fā)動機轉(zhuǎn)速不斷提高，平均有效壓力不斷增加，發(fā)動機日益強化來提高功率，各軸頸要在很高的比壓下高速轉(zhuǎn)動，所以要求曲軸有很高的強度、剛度、耐磨性、耐疲勞性及沖擊韌性，而且潤滑良好。曲軸常用強度很高的材料制成，軸頸需要熱處理以提高耐磨性，在曲軸截面突變的部位應盡量避免應力集中，否則在工作中曲軸就有可能發(fā)生斷裂。曲軸的主軸頸和曲柄銷要有很高的尺寸精度、形狀精度、位置精度及光潔度，軸頸表面的硬度要高，為了不致影響各缸的配氣相位，對各曲拐中心線的偏移和裝正時齒輪鍵槽中心線的偏移也提出一定的要求。曲軸主要由主軸頸、連桿軸頸、油封軸頸、齒輪軸頸、皮帶輪軸頸和曲柄臂等組成。如圖2-1。 圖2-1 曲軸的組成 圖2-2曲軸工作示意圖 2.1.1曲軸零件分析 曲軸需要加工的表面以及加工表面的位置精度要求分析如下： 按照NJ-64的規(guī)定，用于拖拉機、柴油機、固定式及移動式柴油機以及小型船用柴油及的曲軸的一些技術(shù)要求如下： （1）鍛鋼曲軸應經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，硬度為HB207～269。曲軸長度在1.5米以上，可經(jīng)過正火處理，硬度為HB170～241。球墨鑄鐵曲軸應經(jīng)過正火處理，硬度為HB220～290。 （2）鍛鋼曲軸的主軸頸和曲柄銷，須經(jīng)表面淬火，淬火層深度在3～7毫米范圍內(nèi)。硬度為HRC55～63。每根曲軸上的硬度差不大于6個單位。曲柄銷和主軸頸圓角出的硬度須過渡至調(diào)質(zhì)或正火硬度。 （3）主軸頸和曲柄銷按2級精度制造，橢圓度和錐度應不大于直徑公差的1/3。 （4）當曲軸用兩端最外的主軸頸支承時：主軸頸軸心線與曲柄銷軸心線的不平行度允許差為0.02/100毫米。 （5）曲軸上的主動齒輪鍵槽中心線對第一曲拐中心線的偏移允差為30＇。 （6）曲軸上各個曲拐中心線的偏移允差為20＇。 （7）曲軸主軸頸和曲柄銷以及曲柄過渡（連接）圓角的粗糙度不低于Ra0.8；主軸頸和曲柄銷上的潤滑油孔口表面應拋光，其粗糙度不低于Ra0.4；主軸頸和曲柄銷空的內(nèi)表面粗糙度不低于Ra6.3（不包括鑄造曲軸的鑄孔）。 （8）曲軸的加工表面應光潔，不允許有分層、裂縫、壓痕、毛刺、氣孔、凹痕以及非金屬夾雜物，在曲軸的磨光表面不得有刻痕和黑點。 （9）曲軸的不加工表面應光潔，不允許有分層、裂縫、夾灰、夾渣及其它非金屬夾雜物和硬傷等缺陷。不允許用焊補方法消除缺陷；允許用砂輪或銼刀修整模鍛痕跡，修整處應圓滑的過渡。 （10）精加工后的每根曲軸，應經(jīng)動平衡試驗，不平衡度允差及校正平衡重量時所切除金屬的位置和重量，按產(chǎn)品圖樣規(guī)定。 （11）曲軸經(jīng)精加工后應經(jīng)磁力探傷，磁力探傷技術(shù)條件有制造廠規(guī)定。磁力探傷后應作退磁處理。 2.1.2曲軸的主要加工表面及技術(shù)要求 （1）主軸頸：曲軸共有7個主軸頸，它們是曲軸的支點。為了最大限度的增加曲軸的剛度，通常將主軸頸設(shè)計得粗一些，盡管這會增加質(zhì)量，但是它可以大大提高曲軸的剛度，增加重疊度，減輕扭振的危害。 主軸頸為φ75h6Ra0.32μm，圓柱度公差為0.005mm。第一軸頸長mm，第四軸頸寬mm，第七軸頸寬59.70.23mm，第二、三、五、六、軸頸寬mm。以第一、七主軸頸為基準，第四主軸頸的徑向跳動公差為0.05mm。 （2）連桿軸頸：曲軸共有六個連桿軸頸，它與連桿總成大頭相連接。軸頸為φ62h6Ra0.32μm，圓柱度公差為0.005mm。軸頸寬mm，其與主軸頸的重疊度為11.35mm。 （3）油封軸頸：油封軸頸為φ100h7mm。 （4）曲柄臂：曲柄臂用于連接主軸頸和連桿軸頸，共有十二個。它呈長圓形，是曲軸的薄弱環(huán)節(jié)，容易產(chǎn)生扭斷和疲勞破壞。曲柄半徑為R(57.150.07) mm。 （5）連桿軸頸軸心線的相位差在30＇之內(nèi)。 （6）曲軸必須經(jīng)過動平衡，精度為50gcm。 （7）主軸頸、欄桿軸頸要進行表面淬火，淬硬深度2～4mm，55～63HRC。油封軸頸（即安裝飛輪軸頸）也要進行表面淬火，淬硬深度不小于1mm，50～63HRC。 （8）曲軸還要進行探傷檢查。要求曲軸的加工表面不允許出現(xiàn)裂紋。[4] 2.2曲軸加工工藝分析 生產(chǎn)綱領(lǐng)：年產(chǎn)30000件產(chǎn)品，單班生產(chǎn)。曲軸零件圖如圖2-3所示：  圖2-3曲軸零件圖 2.2.1 毛坯選擇 曲軸材料有45號鋼（精選含碳量為0.45～0.47%）、45Mn2、50Mn、40Cr鋼及QT60-2球墨鑄鐵等。 鋼制曲軸的毛坯是鍛造的。通過鍛造能使金屬纖維按最有利的方向分布，材料內(nèi)部的縮孔和氣孔被粘結(jié)起來，因此組織緊密，從而獲得較高的沖擊值、延伸率及疲勞極限。 在單件、小批生產(chǎn)中，曲軸毛坯往往采用自由鍛造，簡化了鍛壓設(shè)備。但毛坯精度低，余量大，金屬利用率低，也增加了機械加工勞動量生產(chǎn)率低。而且金屬纖維被割斷，以致纖維不沿曲柄臂的方向分布，減低了曲柄的強度。 在成批、大量生產(chǎn)中，一般是用模鍛。毛坯精度高，余量?。窟呌嗔考s為2～2.5毫米，軸頸直徑余量為2.5～3毫米），曲軸的非工作表面可不加工。金屬纖維能按最有利的方向排列，從而提高曲柄的強度。 模鍛后的曲軸毛坯應進行正火。并且去除氧化皮，以便在機械加工中提高刀具的耐用度。 模鍛毛坯的表面不應有裂紋、氧化皮斑點、砂孔、密集的發(fā)紋（特別是垂直于軸向的發(fā)紋）、過深的錘痕等缺陷。但這些缺陷的深度不超過余量的2/3時，則是允許的。 模鍛毛坯的徑向和軸向錯模以及切邊的偏移過大都會影響余量不均勻，甚至粗車后仍留有黑皮而報廢，而且導致曲軸動平衡發(fā)生困難，不能去重或去除過多，影響曲軸強度。因此要對鍛造質(zhì)量提出一定的要求。 總的來說，鍛鋼曲軸具有較高的機械性能，產(chǎn)品質(zhì)量比較穩(wěn)定，在生產(chǎn)中占有重要的地位。在國外，目前著重于減小拔模斜度及減小機械加工余量，采用一些新工藝如冷鍛、多級模壓等，有利于提高質(zhì)量和降低成本，在模鍛中鋼材利用率已經(jīng)達到77%。 近年來，我國在內(nèi)燃機制造中廣泛采用球墨鑄鐵曲軸。此外，完全取材于國內(nèi)的稀土鎂球墨鑄鐵曲軸也得到廣泛推廣。 球墨鑄鐵曲軸的優(yōu)點是： 1、鑄造工藝好。澆注時型腔有良好的充滿性，因此在設(shè)計上可以改進曲軸的結(jié)構(gòu)，例如曲柄的形狀、軸頸可鑄出空腔等。但在產(chǎn)量小時，普通造型的鑄鐵件在加工余量較大。在大批、大量生產(chǎn)中可采用精密鑄造，如殼模鑄造等，曲軸毛坯更能接近于曲軸所要求的形狀和尺寸，可達6～9級精度和Ra12.5～Ra25的粗糙度，不僅大大減少機械加工余量，而且為毛坯制造的自動化創(chuàng)造條件，提高生產(chǎn)率和降低成本。 2、有較高的強度及對應力集中的敏感程度較低。 3、有較好的減震性和耐磨性。 表2-1鍛鋼曲軸和球墨鑄鐵曲軸耐磨性比較 曲軸材料 熱處理 運轉(zhuǎn)時間 （小時） 主軸頸磨損 （毫米） 曲柄銷磨損 （毫米） 鍛鋼曲軸 表面淬火 1000 0.02～0.064 0.03～0.11 球墨鑄鐵曲軸 正火 1500 0.02～0.024 0.01～0.033 稀土鎂球墨鑄鐵曲軸 正火 1500 0.002～0.006 0.001～0.004 但是球墨鑄鐵曲軸的延伸率比鍛鋼曲軸低。此外，在使用中還有曲軸斷裂的情況發(fā)生。對曲軸進行等溫淬火可以減少斷裂。為了保證鑄造曲軸毛坯的質(zhì)量，需要進行磁力探傷。 由于年產(chǎn)量30000件，達到大批生成水平，故曲軸毛坯采用模鍛，材料為45號鋼。 2.2.2基準的選擇 （1）粗基準的選擇 加工主軸頸及與其同軸心的軸頸及法蘭盤外表面時，為了保證軸頸和端面之間的位置精度，用曲軸兩端的中心孔定位。所以曲軸最初的工序是銑曲軸兩端面和鉆中心孔。為了保證中心孔鉆在主軸頸毛坯外圓面的軸線位置上，選用主軸頸的外圓面為粗基準。銑曲軸兩端面和鉆中心孔時，就是以兩端主軸頸（第1、7主軸頸）的外圓面為粗基準，同時為了保證所加工的基準面的軸向尺寸，選用中間主軸頸（第4主軸頸）兩側(cè)曲柄臂斜面為粗基準。這樣加工出的基準面（中心孔）就可以保證曲軸加工時徑向和軸向余量的均勻性。在加工連桿軸頸時要在曲柄臂上銑出兩個工藝平面，在銑削過程中是以最遠的兩個主軸頸和一個連桿軸頸作為定位基面。 （2）輔助精基準的選擇 如上所述，在曲柄臂上銑出的兩個工藝平面是加工連桿軸頸所用的輔助精基準，這兩個平面距離連桿軸頸與主軸頸軸心線要有一定的尺寸公差要求，以保證加工連桿軸頸時余量的均勻性。 （3）精基準的選擇 如上所述，加工主軸頸及與其同軸心的軸頸及法蘭盤外表面時，是從中心孔為精基準的。有時也用量端主軸頸和中間主軸頸作為基準。 加工連桿軸頸時，為了保證欄桿軸頸的曲柄半徑精度和對主軸頸的不平行度的要求，可用磨過的最遠的兩個主軸頸的外圓面作為精基準。這樣定位便于保證技術(shù)要求，并且夾緊牢靠，安裝性好，工件不易變形。 此外，個軸頸的兩端面還有一定的軸向尺寸及公差要求，需要軸向定位。軸向定位基準往往采用主軸頸的一個端面，也有用中心孔的。軸向定位基準應盡量和軸向設(shè)計基準一致。 2.3確定工藝路線 根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)年產(chǎn)30000件，以及零件的技術(shù)要求，擬定工藝路線如下： 表2-2曲軸工藝路線 工序號 工序名稱 設(shè)備名稱型號 夾具、刀檢具及輔具 1 銑曲軸兩端面和鉆中心孔 銑鉆組合機床 以1、7主軸頸和第4主軸頸兩側(cè)曲柄臂斜面為粗基準 2 粗車第4主軸頸及兩端面 雙邊傳動曲軸車床 以中心孔為基準 3 校直 壓力機 4 粗磨第4主軸頸 外圓磨床 以中心孔為基準 5 粗車其余主軸頸及其他外圓和端面 中間傳動的的曲軸車床 以中心孔為基準 6 校直 壓力機 7 精車其余主軸頸及其他外圓和端面 中間傳動的曲軸車床 以中心孔為基準 8 粗磨第1主軸頸和裝齒輪的軸頸及其端面 端面外圓磨床 以中心孔為基準 9 粗磨第7主軸頸和法蘭盤外圓 外圓磨床 以中心孔為基準 10 粗磨第2、3、5、6主軸頸及其端面 多砂輪外圓磨床 1、7主軸頸外圓面為基準 11 在第1曲柄梢側(cè)面曲柄臂上銑角度定位平面 龍門銑床 以第1、7主軸頸和第8曲柄梢為基準 12 車六個曲柄梢及其端面 曲柄梢車床 以第1、3、5、7主軸頸定位夾緊、并以第1主軸頸端面及曲柄臂上角度定位平面為基準 13 中間檢驗 檢驗臺 14 清洗 清洗機 15 在軸頸上锪球形孔 組合鉆床 以1、7主軸頸定位 16 在軸頸上鉆油孔 組合鉆床 以1、7主軸頸定位 17 在軸頸上鉆油孔 組合鉆床 以1、7主軸頸定位 18 在軸頸上鉆油孔 組合鉆床 以1、7主軸頸定位 19 油孔倒角 20 去毛刺 21 中間檢查 22 表面淬火 中頻表面淬火機 23 校直 壓力機 24 精磨第4主軸頸及其端面 外圓磨床 以中心孔為基準 25 精磨第7主軸頸及其端面 外圓磨床 以中心孔為基準 26 精磨第1主軸頸、裝齒輪裝皮帶輪的軸頸及端面 端面外圓磨床 以中心孔為基準 27 精磨油封軸頸 外圓磨床 以中心孔為基準 28 依次精磨第2、3、5、6主軸頸及其端面 外圓磨床 以1、7主軸頸外圓表面為基準 29 粗磨六個曲柄梢及其端面 曲軸磨床 以第1、7主軸頸定位夾緊，并以第1主軸頸端面及曲柄臂上角度定位平面為基準 30 精磨六個曲柄梢及其端面 曲軸磨床 以第1、7主軸頸定位夾緊 31 同時銑齒輪軸頸和皮帶輪軸頸上的鍵槽 鉆用鍵槽銑床 以第1、7主軸頸，第一曲柄梢及第1主軸頸端面為基準 32 中間檢查 33 在曲軸法蘭端面及小頭端面對各孔鉆，鉸及攻絲 雙面多工位組合機床 34 動平衡 動平衡機 35 去不平衡重 立式鉆床 36 去毛刺 37 校直 壓力機 38 后端法蘭孔切槽 車床 1、7主軸頸為基準 39 精加工法蘭孔 鏜床 1、7主軸頸為基準 40 去毛刺 41 粗超精加工各軸頸 超精加工機床 1主軸頸和齒輪軸頸為基準 42 精超精加工各軸頸 超精加工機床 1主軸頸和齒輪軸頸為基準 43 清洗 清洗機 44 按需要修理缺陷 45 最后檢驗 （具體的工藝過程見附錄工藝卡片）[5]  第3章 工藝詳細設(shè)計 3.1主要工序分析 3.1.1軸頸的車削 （1）主軸頸的車削 主軸頸一般作為加工曲柄銷的基準，所以在銑曲軸兩端面和鉆中心空后，先車削主軸頸及其它外圓面，然后車削曲柄銷。 在單件、小批量生產(chǎn)中，主軸頸的車削都是在剛性較強的普通車床上進行的。曲軸安裝在機床的前、后頂尖上，或是一端用卡盤夾住而另一端用頂尖頂住，用硬質(zhì)合金車刀在幾道工序中完成各主軸頸的車削。由于批量較小，曲軸毛坯大多數(shù)是采用自由鍛或者砂型鑄造，加工余量大及不均勻，并且旋轉(zhuǎn)不平衡，加工時產(chǎn)生沖擊，因此工件要加持牢靠，機床、夾具、刀具等要有足夠的剛性。 在大量生產(chǎn)的工廠中，曲軸的加工一般是在專用的多刀半自動車床上進行的，采用寬刃成形車刀和切線偏刀，實現(xiàn)橫向進給。切削力很大，所以對機床系統(tǒng)的剛度要求特別高。曲軸剛度低，為了減少切削力造成的扭轉(zhuǎn)變形和彎曲變形，除了采用一般軸類加工常用的方法如用中心架支承及時傳動盡量靠近加工部位等以外，車中間主軸頸可采用雙邊傳動的多到半自動車床，車兩端的主軸頸則采用中間傳動的多刀半自動車床，可使扭矩在靠近加工的地方傳到曲軸上。為了使切削力的作用相互抵消，前后刀架式同時相對作出橫向進給而進行切削的如圖3-1：  圖3-1前后車刀同時車削軸 曲軸車削的順序是先車中間主軸頸及相鄰的兩曲柄臂端面，然后粗磨此主軸頸，以便用來傳動和支承曲軸本身并以中心孔定位來加工其余的主軸頸及能同時加工的其它表面。如圖3-2 圖3-2曲軸兩端主軸頸的車削 車軸頸是從車曲柄臂端面開始，用切線偏刀向回轉(zhuǎn)中心進給。在轉(zhuǎn)速固定時切削速度將降低，刀具的利用就不夠充分。因此這些專用車床應能自動加大主軸的轉(zhuǎn)速，以便在車曲柄臂端面的過程中加工直徑減小后仍能使切削速度相差不大。另一方面，由于模鍛斜度的關(guān)系，越是靠近工件的中心則切削深度越大，切削力也大，因此也要求主軸的轉(zhuǎn)速自動增加，而主軸每轉(zhuǎn)的進給量能自動降低。 （2）連桿軸頸的車削 主軸頸及其它外圓車好后，可車削曲柄銷，需要解決角度定位和曲軸旋轉(zhuǎn)的不平衡的問題。 在單件，小批量生產(chǎn)中，仍用普通車床車削曲柄銷。如圖3-3所示： 圖3-3在普通車床上車削連桿軸頸 在曲軸法蘭盤和第一主軸頸處裝有工藝法蘭盤，在工藝法蘭盤上距主軸軸頸線為曲柄半徑處有定位用的中心孔，這個中心孔通過角度定位元件的作用能與曲柄銷同軸線。加工時，車床的前、后頂尖就頂在工藝法蘭盤的中心孔上，是曲柄銷和機床主軸同軸線。采用專用夾具應注意機床主軸的平衡，可在床頭的夾盤上裝設(shè)平衡重。用這種安裝方法加工剛性較差的多缸發(fā)動機曲軸時，曲軸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。為了加強工件的剛度，可用撐桿來撐住其余曲拐的開檔。加工大型曲軸，不平衡現(xiàn)象更為突出，加平衡塊還不一定能夠解決，因此有時采用旋風車削，即是加工時刀架旋轉(zhuǎn)。 在成批生產(chǎn)中可用上述兩端傳動的車床依次加工位于同一根軸線的一對曲柄銷。每次在夾具上安裝都應使所加工的一對曲柄銷和機床主軸的回轉(zhuǎn)軸線重合。主軸頸的軸線相對于機床主軸的回轉(zhuǎn)軸線的偏移即曲柄半徑。 車削2、3曲柄銷使，基準為第2、4主軸頸（靠近加工面），軸向定位是用第1主軸頸的軸肩端面，角度定位則用在曲柄臂上銑出的工藝平面。撥桿5靠彈簧6的作用推動曲軸緊靠夾具軸向定位元件A面（即是使第1主軸頸軸肩端面緊靠A面）而進行軸向定位。為了避免切削力引起變形，機床仍用前后刀架相對作出橫向進給。這種加工方法也可在經(jīng)過改裝的普通車床上進行，但應避免產(chǎn)生振動和變形。但是這種加工方法在一次加工中同時車削的軸頸較少，而同樣工序的數(shù)目太多，生產(chǎn)率較低。 在大批量生產(chǎn)中可以用高生產(chǎn)率的曲軸曲柄銷專用車床同時車削全部曲柄銷。如圖3-4： 圖3-4在雙工位曲軸車床上同時車削全部連桿軸頸 這種機床有兩個工位，每個工位的刀架數(shù)等于曲柄銷數(shù)。一個工位用多刀同時車削所有的曲柄銷軸肩端面，另一個工位用多刀同時車削所有的曲柄銷外圓。為了提高工件的剛性，中間主軸頸用中心架支承。曲軸用兩端主軸頸、第1主軸頸軸肩端面及在曲柄臂側(cè)面的工藝平面為定位基準。主軸頸和機床主軸同軸心。加工時曲軸繞其主軸頸軸心旋轉(zhuǎn)。曲軸時與所有車刀同步旋轉(zhuǎn)的。機床的工作原理如圖3-5： 曲軸旋轉(zhuǎn)一周，車刀把外圓表面切去一層金屬。車刀還能徑向進給，將全部余量切除。這種機床的生產(chǎn)率高，但是更換刀具和機床重新調(diào)整的時間較長。 圖3-5同時車削全部連桿的工作原理圖 以上所述加工主軸頸和曲柄銷的方法，一般來說工件是旋轉(zhuǎn)的。機床主軸旋轉(zhuǎn)不平衡的慣性較大，限制了機床主軸轉(zhuǎn)速的提高，所以不能充分發(fā)揮硬質(zhì)合金刀具的性能，常用高速鋼刀進行加工，生產(chǎn)率的提高也就受到一定的限制。 國外一些內(nèi)燃機廠還用銑削的方法加工曲軸軸頸。如采用專門設(shè)計制造的曲軸軸頸銑床等。 圖3-6用盤銑刀銑削曲軸頸 如圖3-6是采用盤銑刀加工曲柄銷的示意圖。曲軸以兩端主軸頸安裝在機床上定位及夾緊。機床是兩邊傳動的。其軸心線與機床主軸線同軸心。在工件兩邊各有一個銑頭，上面安裝兩把盤銑刀，用來銑削在同一根軸線上的兩個曲柄銷及軸肩端面。銑刀盤上裝有不同的刀片，可以銑削軸頸及端面。硬質(zhì)合金刀片是不重磨的。工件以主軸頸軸線為中心旋轉(zhuǎn)。銑頭的運動有液壓靠模控制，進行往復移動。機床的半自動循環(huán)按以下工序工作：接通銑刀旋轉(zhuǎn)；刀架向工件快速引進；轉(zhuǎn)換為工作進給；銑刀向不動的工件吃刀至相當于加工余量的深度；停止盤銑刀向工件的進給；接通曲軸的慢速旋轉(zhuǎn)運動，在曲軸旋轉(zhuǎn)一周的過程中銑削軸頸和軸肩端面；快速退回銑刀架；停止銑刀盤和主軸的旋轉(zhuǎn)運動，曲軸裝卸時用人工進行，夾緊和松開則是自動的。 曲軸銑削和車削比較，最顯著的優(yōu)點是切削速度不受工件旋轉(zhuǎn)不平衡的限制，可以采用較高的切削速度以提高生產(chǎn)率。而且切削力比車削小，工件變形、相對減少。曲軸軸頸銑床的突出優(yōu)點是曲軸繞主軸頸軸線運動，可以同時加工幾個曲柄銷，其傳動系統(tǒng)比較簡單。靠模軸使銑頭產(chǎn)生往復運動，這種設(shè)計不僅使機床造價降低，而且其剛性也高于同時車削幾個曲柄銷的車床。 圓盤銑削法的缺點是刀具成本高，采用硬質(zhì)合金刀片更是這樣。切削產(chǎn)生的沖擊往往造成刀片的崩缺，從而增加了更換刀片的時間。由于刀具切削刃與加工表面斷續(xù)接觸，在要求高生產(chǎn)率的情況下，銑削很難保證光潔度的要求。圓周進給量較大則會在已加工表面上出現(xiàn)相當多的棱邊，以致增加軸頸的磨削余量。 3.1.2軸頸的磨削 主軸頸和曲柄銷車好后，還要進行磨削，以提高精度和光潔度。 為了比較經(jīng)濟的達到2～1級精度及Ra0.32～Ra1.25的粗糙度，軸頸在熱處理前經(jīng)過一次粗磨，淬火后還要精磨1～2次。多次磨削是為了加快零件加工的節(jié)拍，并且容易達到較高的精度。 軸頸寬度不大，通常是橫向進給磨削法，生產(chǎn)效率較高。磨輪的外形需要仔細的修整，因為直接影響軸頸及圓角的形狀。橫向進給量并不大，粗磨時工件每轉(zhuǎn)進給0.008～0.02毫米，精磨時為0.001～0.012毫米。磨削余量根據(jù)車削后的精度而定，一般粗磨余量值是每邊為0.2～0.4毫米，精磨余量值是每邊為0.1～0.15毫米。 如果一個工件需要磨削端面及其相接的外圓柱面時，可在具有傾斜主軸的端面外圓磨床上同時磨削。磨輪的軸線與工件的軸線形成一定的角度（一般為45度），磨輪本身也要按照能磨端面和圓柱面的要求進行修整（如圖3-7）。 圖3-7同時磨削外圓和端面 這種磨削法的生產(chǎn)率很高，磨輪的進給是垂直于磨輪軸線的。油封軸頸和法蘭盤外圓面就是在階梯軸磨輪上一次磨削的。 通常首先磨主軸頸，然后磨曲柄銷。中間主軸頸磨好后才磨其余的主軸頸。磨主軸頸和曲柄銷的安裝方法基本上是與車軸頸相同。磨主軸頸是以中心孔定位。磨曲柄銷則是以經(jīng)過精磨的兩端主軸頸定位，以保證與主軸頸的距離和不平行度的要求。如圖3-8所示磨發(fā)動機曲軸， 圖3-8磨削連桿軸頸 磨曲柄銷以1，7主軸頸定位，主軸頸軸線與機床軸線相差一個曲軸半徑的距離。角度定位以最后一個曲柄臂的工藝平面來定位。軸向定位以第1主軸頸軸肩端面定位。磨完1，6曲柄銷后停車，曲軸旋轉(zhuǎn)120度，磨削2，5曲柄銷，磨完后停車，再旋轉(zhuǎn)120度，磨削3，4曲柄銷。 磨削曲柄銷也可用曲軸法蘭盤上的定位孔進行角度定位，即是把夾具上裝定位銷的圓盤通過一個菱形定位銷插到該定位孔內(nèi)。