【毕业设计】发动机曲轴的加工工艺及夹具设计

同时，曲轴还驱动配气机构以及其它各辅助装置。

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，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，具有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好。

曲轴的结构和技术要求曲轴绝大部分是整体式，只有极少数柴油机采用组合式。

大致结构如图所示，曲柄臂和连杆轴颈主轴颈由圆角连接。

通常在前端设有驱动附件凸轮轴的轴颈，在后端设有输出法兰。

曲轴内设有主轴颈通向连杆轴颈的供油孔。

图曲轴结构图曲轴在低转速时主要受到燃烧压力的作用，在高转速时主要受到惯性力和弯曲振动扭转振动合成的附加力的作用。

振动引起的附加力的精确计算非常复杂，所以常和实测并用。

曲轴的主要要求主轴颈连杆轴颈本身的精度，即尺寸公关等级，连杆轴颈本身的精度，即尺寸公关等级，表面粗糙度值为。

轴颈长度公差等级为。

轴颈的形状公差，如圆度圆柱度控制在尺寸公差之半。

位置精度，包括主轴颈与连杆轴颈的平行度般为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。

各连杆轴颈的位置度不大于。

工艺过程设计计算生产纲领，确定生产类型解放发动机的曲轴，该产品年产量台年，件台，设其备品率为，机械加工废品率为，现制定该曲轴零件的机械加工工艺规程。

年生产纲领曲轴的年产量为件，现在已知该产品为中型机械，根据机械制造工艺设计手册表生产类型与生产纲领的关系，可确定其生产类型为大批量生产。

审查零件图样工艺性曲轴零件图样的视图正确完整，尺寸公差及技术基本要求齐全。

但油封轴颈端轴承孔的内表面粗糙度未给出，般级孔的表面粗糙度为即可。

第四主轴颈，齿轮轴颈和皮带轮轴颈的表面粗糙度也未给，般级基准要求即可。

本零件的各表面加工并不困难。

斜油孔倾斜较深，但由于只做储油孔用，位置精度不需要太高的要求，只要钻到轴颈的中间靠外就可以了，所以斜油孔的加工也不成问题。

选择毛坯曲轴是发动机上必须的传动件，要求具有较高的刚度强度耐磨性和平衡。

该零件的材料为整体软氮化，轮廓尺寸不大且形状比较复杂，又属于大批量生产，因此采用模锻成型。

曲轴零件的形状比较复杂，因此毛坯形状要与零件的形状尽量接近，即外形锻成六拐形式，两端空寂台阶不用锻出。

毛坯尺寸通过确定加工余量后决定。

工艺过程设计定位基准的选择粗基准的选择曲轴的毛坯般都呈弯曲状态，为保证两端中心孔都能在两端面的几何中心上，粗基准应选靠近曲轴两端的轴颈。

为保证其他轴颈外圆余量均匀，在钻中心孔后，应对曲轴进行校直。

由于大批量生产的曲柄毛坯的精度高，曲柄不加工，所以轴向的定位基准般选取中间主轴颈两边的曲柄。

因为中间主轴颈两边的曲柄处于曲轴的中间部位，用作粗基准可以减少其它曲柄的位置误差。

二精基准的选择曲轴和般的轴类零件相同，最重要的精基准三中心孔。

曲轴轴向上的精基准，般选取曲轴端的端面或轴颈的止推面。

但在曲轴加工的过程中，定位基准要经过多次转换。

曲轴圆周方向上的精基准般选取曲轴上的定位平台或法兰上的定位孔。

加工阶段的划分与工序顺序的安排曲轴的主要加工部位是主轴颈和连杆轴颈，次要加工部位是法兰盘曲柄斜油孔螺孔和键槽等。

除机械加工外还有轴颈淬火磁探伤动平衡等。

在加工过程中还要安排校直检验清洗等工序。

加工阶段的划分曲轴的机械加工工艺过程大致可分为加工基准面粗加工主轴颈和连杆轴颈加工斜油孔等次要表面主轴颈和连杆轴颈的热处理精加工主轴颈和连杆轴颈加工键槽和两端孔等动平衡光整加工主轴颈和连杆轴颈。

曲轴的主轴颈和连杆轴颈的技术要求都很严格，所以各轴颈表面加工般安排为粗车精车粗磨精磨超精加工。

对于本发动机曲轴进行粗加工时，以中间主轴颈为辅助定位基准，所以先粗加工和半精加工中间主轴颈，然后再加工其他主轴颈。

而连杆轴颈的粗精加工，般都要以曲轴两端主轴颈定位，所以连杆的粗精加工都安排在主轴颈加工之后进行的。

二工序安排斜油孔的进出口都安排在曲轴的轴颈上，所以在轴颈淬火之前加工。

钻斜油孔时，用加工过的轴颈定位，可以保证其位置精度。

主轴颈是连杆轴颈的设计基准，所以，主轴颈与连杆轴颈的车削铣削和磨削，般都是先加工主轴颈再加工连杆轴颈。

在精磨主轴颈的过程中，先精磨第四主轴颈，这样在精磨其他主轴颈油封轴颈时就可以以第四主轴颈为辅助支撑面，因而可以大大降低曲轴精磨后的弯曲变形。

在最后检查后，以曲轴两端的主轴颈为测量基准，测量其他轴颈的径向跳动。

钢曲轴在加工的过程中，轴颈产生跳动的原因之是，曲轴经加工后应力重新分布，从而造成变形，所以在曲轴的第主轴颈精磨之后，应紧接着安排齿轮轴皮带轮轴颈的精磨工序，在第七主轴颈精磨工序之后，应紧接着安排油封轴颈的精磨工序，以免内应力重新分布，造成过大的影响。

同时为了避免曲轴刚度降低造成这些轴颈磨削后径向跳动增大，其他主轴颈的精磨应该放在这些轴颈的精磨之后。

校直对曲轴的疲劳强度有着不利的影响，在制定曲轴的加工工艺过程中，应尽量减少曲轴的校直的次数。

为了保证余量均匀减少变形的影型砂轮在般外圆磨削情况下，磨削力可分为相互垂直的三个分力，即切向磨削力砂轮旋转的切向方向法向磨削力砂轮和工件接触面的法线方向轴向磨削力纵向进给方向其中，切向磨削力是确定磨床电动机功率的主要参数，又称为主磨削力法向力作用于砂轮的切入方向，压向工件，直接影响工件的精度和加工表面的质量轴向磨削力作用于机床的进给系统，但与和相比较数值较小，般不考虑。

由机械加工工艺手册表查得。

外圆磨床磨削力的实验公式式中切除单位体积的切屑所需压力切削深度工件速度砂轮速度轴向进给量砂轮宽度参照机械加工工艺手册表，可查得，，，由机械加工工艺手册表取已知，工件磨削表面直径，由机械加工工艺手册表可查得砂轮宽度，，本工序取，由此算得在计算切削力时，必须考虑安全系数，安全系数式中基本安全系数加工性质系数磨具钝化系数断续切削系数则由于法向切削力有左右两夹具体承受，因此在计算所需夹紧力时只需考虑切向磨削力。

计算夹紧力夹紧工件所需的夹紧力如前所述，本工序只需计算防止工件转动所需的夹紧力，根据工件力矩平衡条件可得式中型块工作面对工件的反作用力，工件自重工件定位基准直径切削力矩，夹紧面和夹具定位面上的摩擦系数。

将值带入上世的实际夹紧力为其中已知，，，算得压盖夹紧机构产生的夹紧力查机床夹具设计手册表螺母夹紧力可得用扳手的六角螺母许用夹紧力，显然，故本夹具可以安全的工作。

定位误差分析因为工件的定位基准和定位元件均有制造误差，所以工件在夹具中定位后的实际位置将在定范围内变动，即存在定的定位误差，设计定位装置时，就要控制这误差在加工中所允许的范围内。

产生定位误差的原因有以下两个方面定位基准和工序基准不重合定位基准位移。

定位误差就是由基准不重合误差和基准位移公差综合引起的同批工件工序尺寸的那部分公差，也就是等于两者的代数和。

本夹具的主要定位元件为型块，轴向定位时定位基准右夹具体的左端面与止推面的接合面即为曲轴连杆轴颈工序基准，即不存在基准位移公差也不存在基准不重合误差，所以。

求工序尺寸的定位误差，定位基准为主轴颈与型块接触母线和，工序基准为主轴中心线，当主轴颈直径存在误差时，定位基准或沿型块工作面的位移为所以基准不重合误差为基准位移误差为则总的定位误差为已知本工序中，，故夹具结构设计本夹具使用型块定位，分度盘分度，如图所示沉孔深通视图视图通沉孔深视图图外圆磨床曲轴连杆轴颈夹具装备图该夹具主要由左夹具体右夹具体左夹具型块右夹具型块分度盘压盖定位块和翻转块等零件组成。

左右夹具的端分别和磨床的头架和尾架主轴相连接，用型块定位。

左右夹具体的中心线即为主轴的回转中心线。

翻转块整体淬火处理，分度盘的个齿面和螺孔淬火处理，以保证耐磨性。

分度盘的分度精度等级要高出连杆轴颈等级级以上。

夹具的使用方法将左右夹具体固定在头架和尾架中的主轴上，然后把定位销个打入夹具体，再把左右两型块固定到各自的夹具体上。

型块的定位靠定位销来实现。

型块的下面和侧面分别垫块儿底面垫板和侧面垫板，用来调整工件的中心线，最后装上压盖定位块和活结螺栓等零件。

加工时，将精磨后的第七主轴颈和第主轴颈只与夹具的左右型块上，用百分表调整第或第连杆轴颈轴心线，使其处于磨床主轴回转中心位置，然后夹紧曲轴，再将分度盘套在曲轴皮带轮轴颈上，使个齿面中的个紧靠在翻转块上，然后用内六角螺钉将其固在皮带轮轴颈上，这样就可以磨削第连杆轴颈了。

当磨削第和连杆轴颈时，只需要将翻转块掀起，曲轴顺时针旋转定角度再返向旋转曲轴，是分度盘的另个齿面紧靠在翻转快上，然后夹紧曲轴就又可以磨削了。

由于分度盘的个齿面为精确分度，因此保证了个连杆轴颈的角度偏差并满足了工艺要求。

由于用型块定位，零件支撑轴颈的偏差会引起曲轴轴颈的变化和产生锥度，因此要严格控制支撑轴颈的偏差。

夹具的调整调整曲轴连杆轴颈轴心线的平行度误差采用修磨侧面垫板来实现调整曲轴的回转中心半径采用修磨地面板来完成加工回转半径不同的曲轴时，可以通过更换不同厚度的地面板来实现总体来说，该夹具能够大大提高生产效率，因为可以调整，所以其加工范围增大，能够解决设备不足的情况能够有效的保证加工精度，无需高技能操作者结构简单。

制造方便快捷，能够为新产品的顺利生产奠定技术基础。

总结对任何制造业来说，制造工艺的基本要求主要是两个方面是质量要达到产品的设计要求二是生产时消耗的物质和劳动量最少。

在达到这两项要求的情况下，才能使产品的质量可靠，企业的经济效益好。

对大量生产的汽车制造业来说，这两个基本要求尤为重要。

在好的产品设计的前提下，汽车的质量和可靠性就取决于工艺工作的好坏。

当然，目前国际上还有更加先进的曲轴加工工艺和机床设备，只钻对质量中心孔，选用日本的五轴联动的数控机床进行系列的加工。

类似这样的新技术，目前国内汽车发动机曲轴的加工还处于研究阶段，从经济效益和加工难度上考虑这是显而易见的。

但是对于新技术新工艺的追求是不会止步的，这就需要我们当代