柴油机曲轴设计

1前言

1.1柴油机与曲轴

1.1.1柴油机的工作原理

柴油机的每个工作循环都要经历进气、压缩、做功和排气四个过程。

四行程柴油机的工作过程：柴油机在进气冲程吸入纯空气，在压缩冲程接近终了时，柴油经喷油泵将油压提高到10MPa以上，通过喷油器以雾状喷入气缸，在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃混合气。压缩终了时气缸内空气压力可达3.5～4.5MPa，温度高达476.85℃～726.85℃，极大地超过柴油的自燃温度，因此柴油喷人气缸后，在很短的时间内即着火燃烧，燃气压力急剧达到6～9MPa，温度升高到1726.85℃～2226.85℃。在高压气体推动下，活塞向下运动并带动曲轴旋转做功。废气同样经排气门、排气管等处排出。

四行程柴油机的每个工作循环均经过如下四个行程：

（1）进气行程在这个行程中，进气门开启，排气门关闭，气缸与化油器相通，活塞由上止点向下止点移动，活塞上方容积增大，气缸内产生一定的真空度。可燃混合气被吸人气缸内。活塞行至下止点时，曲轴转过半周，进气门关闭，进气行程结束。

由于进气道的阻力，进气终了时气缸内的气体压力稍低于大气压，约为0.07～0.09MPa。混合气进入气缸后，与气缸壁、活塞等高温机件接触，并与上一循环的高温残余废气相混合，所以温度上升到96.85℃～126.85℃。

（2）压缩行程进气行程结束后，进气门、排气门同时关闭。曲轴继续旋转，活塞由下止点向上止点移动，活塞上方的容积缩小，进入到气缸中的混合气逐渐被压缩，使其温度、压力升高。活塞到上止点时，压缩行程结束。

压缩终了时鼓，混合气温度约为326.85℃～426.85℃，压力一般为0.6～

1.2MPa。

（3）做功行程活塞带动曲轴转动,曲轴通过转动把扭矩输出。

（4）排气行程进气口关闭，排气口打开，排除废气。

由上可知，四行程汽油机或柴油机，在一个工作循环中，只有一个行程作功，其余三个行程作为辅助行程都是为作功行程创造条件的。因此，单缸发动机工作不平稳。现代汽车都采用多缸发动机，在多缸发动机中，所有气缸的作功行程并不同时进行，而尽可能有一个均匀的作功间隔，因而多缸发动机曲轴运转均匀，工作平稳，并可获得足够大的功率。例如六缸发动机，在一个工作循环中，曲轴要旋转720°，曲轴转角每隔120°就有一个气缸作功。

1.1.2曲轴

曲轴是柴油机曲轴连杆机构的重要零部件，将作用在活塞上的气体压力变为绕其本身轴成的力矩，再通过飞轮传给传动系统，即将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动通过曲轴输出动力。工作时，曲轴承受冲击和交弯载荷的弯曲和扭转，故要求曲轴有足够的强度和韧性,由于曲轴长时间工作，轴颈表面也受到很大的磨损。

目前车用柴油机曲轴材质有球墨铸铁和锻钢两类。

1.2曲轴加工技术现状

目前美国、德国、日本等工业发达国家正向着柴油机增压、增压中冷、大功率、高可靠性、低排放方向发展，其加工生产线正在向智能化、高效率和绿色化发展。而相比之下我国的曲轴制造业就有点相对落后。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。

而目前的小型柴油机曲轴制造业面临的是以下几个需要解决的问题：

（1）多品种、小批量生产；

（2）交货期大大缩短；

（3）降低生产成本；

（4）难切削材料的出现使加工难度明显增加，加工中提出了许多需要解决的课题，如硬切削；

（5）为保护环境，要求少用或不用切削液，能够实现干式切削或准干式切削；

曲轴作为发动机的心脏，正面临着安全性和可靠性的严峻挑战，传统材料和制造工艺已无法满足其功能要求，因此各专业曲轴生产厂家争相引进新技术、新工艺，提高制造技术水平。因此，进入21 世纪以来，高速、高精、高效的复合加工技术及装备在曲轴制造业中将得到了迅速的应用。

2设计任务说明

2.1柴油机参数说明

2.2工艺规程的作用

工艺规程是指导生产的重要技术文件，起指导作用；是生产计划、调度、工人操作和质量检验等生产组织和管理的依据；是新建或扩建工厂或车间的重要技术资料。总之，零件的机械加工工艺规程是每个机械制造厂或加工车间必不可少的技术文件。生产前用它做生产的准备，生产中用它做生产的指挥，生产后用它做生产的检验。

2.3曲轴的结构特点及其工艺技术分析

2.3.1曲轴的结构特点

曲轴是由主轴和连杆轴构成，连杆轴绕主轴旋转。曲轴是将活塞的往复运动通过连杆形成回转运动，因此曲轴不但承受周期性的弯曲力矩和扭转力矩，同时还受到离心力及扭转振动的附加应力的作用，这样就使曲轴的受力情况非常复杂。此时，各轴颈要在很高负荷下高速运转，所以要求曲轴有很高的强度、刚度、耐磨性、耐疲劳性及冲击韧性。曲轴常用强度很高的材料制成，轴颈需要热处理以提高耐磨性，在曲轴上截面突变部位应避免应力集中，否则在工作中曲轴就可能发生断裂。连杆轴要有很高的尺寸精度形状精度位置精度及光洁度，轴颈表面的硬度要求；为了不至影响各缸的配气相位，对各连杆轴中心线的偏移和装主动齿轮中心线的偏移也提出具体的要求。

2.3.2曲轴的技术要求

技术要求如下：

（1）锻钢曲轴应经调质处理，硬度为HRC28-34。

（2）锻钢曲轴的主轴颈和连杆轴须经表面淬火处理，淬火层深度在3-7mm范围内，硬度为HRC28-34。每根曲轴上的硬度差不大于四个单位。

（3）连杆轴和主轴颈按5级精度制造。

（4）当曲轴用两端最外主轴颈支撑（设计基准）时，主轴颈轴心线与连杆轴轴心线的不平行度允差为0.01/100mm，对长度小于1.5m的CA6110 型用曲轴，中间主轴颈的跳动允差为0.1，打断正时齿轮轴跳动允差为0.03，大端飞轮轴的跳动允差为

0.025，大端飞轮轴端面摆差为0.05/100mm。

（5）曲轴上各连杆轴中心线的偏移允差为15。

（6）轴主轴颈和连杆轴以及曲柄过渡圆角的光洁度不低于0.8，三主轴颈和连杆轴上的润滑油孔表面应抛光，其光洁度不低于1.6,主轴颈和连杆轴孔的内表面光洁度不低于6.4。

（7）曲轴加工表面应光洁，不得有裂纹、发裂、压痕、毛刺、气孔、凹痕以及非金属夹杂物，在曲轴的磨光表面不得有刻痕和黑点。

（8）曲轴不加工表面应光洁，不允许用焊补的方法消除缺陷。

（9）经精加工后的每根曲轴，应动平衡试验，不平横度允差及校正平衡重量时所切除金属的位置和重量，按产品图样规定。

（10）曲轴经抛光后须磁力探伤，磁力探伤后作退磁处理。

具体如下图所示:CA6110 型柴油机曲轴技术要求

图2.1曲轴零件图

2.3.3工艺规程的设计原则

（1）必须可靠保证零件图纸上所有技术要求的实现：即保证质量，并要提高工作效率；

（2）保证经济上的合理性：即要成本低，消耗要小；

（3）保证良好的安全工作条件：尽量减轻工人的劳动强度，保障生产安全，创造良好的工作环境；

（4）要从本厂实际出发：所制订的工艺规程应立足于本企业实际条件，并具有先进性，尽量采用新工艺、新技术、新材料；

（5）所制订的工艺规程随着实践的检验和工艺技术的发展与设备的更新，应能不断地修订完善。

3工艺路线的拟定

3.1年产量和批量的确定

3.1.1生产纲领

年产量=Q＝生产纲领*每台产品该零件数*（1+备品率）*（1+废品率）

Q＝50000*1*（1+2%）*（1+2%）＝52020

月产量＝Q/12=4335

工作天数=（365-52-14）/12=25 天

日产量（一天 3 班）＝月产量/工作天数=4335/25=174

3.1.2生产类型的确定

CA6110 型曲轴的生产性质：大批生产，查《金属机械加工工艺人员手册》P1094页表15-5，可知轻型（100公斤以内）零件的生产性质，如下表：

表 3.1

3.1.3工作时间核算

（1）年时基数（三班制）：一班2392 小时，二班2392 小时，三班1794小时。在女同志占25%以下：一班1914小时，二班1914 小时，三班1435小时。总共小时数为5086 小时。

（2）平均流水线节拍＝流水线实际平时基数*60*(1-η)/零件年产量

损失系数η；工作时间内设备修理方面损失η1；工人缺勤和自然需要方面损失η2

清理设备时的损失η3；工人休息方面的损失η4

η＝η1＋η2＋η3＋η4＝15％

平均流水线节拍=5086*60*（1-15%）/55125=5.0min

考虑到保证产品按时定量完成，生产该产品的每一道工序的单件核算时间必须小于生产节拍，若大于生产节拍，就会造成完不成年产量，因此应改用多台机床加工。

3.1.4生产周期

在一个零件的总加工时间，及最长工序时间确定的情况下，批量和生产间隔期越长，生产率高，但是资金周转慢，批量越大，生产间隔期短，资金周转快，但是生产率低，所以要同时兼顾两者。

生产周期＝

每天有效工作时间最长工序时间

）

（批量

一个零件总的加工时间*

1-

批量的确定：除了考虑生产间隔期外，还要考虑车间毛坯仓库面积的限制，考虑毛坯贮存期，最小批量大于半个班，选批量为174件，已知一个零件总的加工时间为177 分（各道工序定额时间之和），最长工序时间为18.3分钟，所以：

生产周期=2.53天

3.2毛坯的选择

钢制曲轴的毛坯是锻造的，通过锻造能使金属纤维按最有利的方面分布，材料内部的缩孔和气孔被粘结起来，因此组织紧密，从而获得较高的冲击值，延伸率及疲劳极限。

在成批、大量生产中，一般采用模锻。毛坯精度高，余量小。曲柄的非加工表面可不加工。金属纤维能按最有利的方面组织，从而提高曲柄的强度。

模锻后的曲轴毛坯应进行调质处理，去除氧化皮，提高表层机械性能，以便于机械加工。这里我们选用42CrMoA 合金钢。

3.3定位基准的分析

3.3.1曲轴加工工艺的特点

曲轴虽是带有连杆轴的轴，但它仍具有轴的一般加工规律，如铣两端端面，钻中心孔，车、磨及抛光等等。但是，曲轴也有它自己的特点，因为它形状复杂，刚度差以及技术要求高等，所以应该采取相应的工艺措施，特点分析如下：

(1)平衡问题

连杆轴颈和主轴颈的中心线不在同一轴线上，在连杆轴加工中产生不平衡现象，使工艺过程变得复杂，应配备能迅速找正待加工连杆轴位置的偏心夹具。此时由于连杆轴与机床主轴线重合,为了消除加工时不平衡现象，应该加平衡重。对于不平衡现象比较明显者（如大型曲轴），曲轴不易旋转，而应由刀具旋转，就可基本避免由于

切削而产生的不平衡现象。此外，应确定曲轴的角度位置，因此常在曲柄臂上铣出两个工艺平面，作为辅助精基准。另外就是用齿轮的定位销孔作为角度定位。

(2)刚度差

曲轴的长径比较大（l/d＝10～15）和具有连杆轴，因此刚性很差，曲轴在切削力及自重的作用下会产生严重的扭转变形和弯曲变形，特别是在单边传动的机床上加工时扭转变形更为严重，所以在加工时应采取下列措施：

在整个加工过程中，特别是粗加工，由于要切除的余量大，所用的机床，刀具及夹具等都要有较高的刚度，曲轴中间要用支撑架来增强刚性，从而减少变形和震动；采用具有两边传动或中间传动的刚度高的机床来进行加工，以便减少扭转变形，弯曲变形及振动；在加工中尽量使切削力的作用互相抵消；合理安排工位顺序，以减少加工变形；如加工各段主轴时的安排顺序；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

由上述可知，曲轴的技术要求是很高的，而且形状复杂和加工面多，在各种生产规模中，与柴油机的其他零件比较而言，曲轴的工艺路线是比较长的，而且它的磨削工序占相当大的比例,因此，如何提高各工序的生产率及使工艺过程实现自动化也是一个重要问题。

3.3.2曲轴机械加工定位基准的选择

由以上分析可知曲轴的形状复杂、刚度较差，因此加工过程中刀具和工件的相对运动关系及位置关系十分重要，因此对于加工过程中工件的定位基准的选择就决定着工件最后的加工效果。

曲轴的加工面主要有主轴颈、连杆轴颈、两端断面和曲轴臂止推台肩以及大小端轴颈的加工。由于主轴颈和连杆轴颈不共线，因此加工时可分为以主轴中心线为轴线的加工面和以连杆轴中心线为轴线的加工面。分析如下：

(1)CA6110型曲轴的设计基准是第一、第七主轴；

(2)加工主轴颈及与其同轴心的轴颈时，为保证轴颈和端面间的位置精度，同时也满足精基准的基准重合原则，用主轴两端的中心孔定位，所以曲轴最初的工序在铣曲轴两端面和钻中心孔,为保证中心孔在主轴颈毛坯外圆的轴线位置上，选用主轴颈的外圆面为粗基准，同时为了保证轴向尺寸和防止偏差累计，选用中间的第四主轴颈为粗基准，使余量向两端分配。这样加工出的基准面（中心孔）就可以保证曲轴加工时径向和轴向余量的均匀性。同时，为了安放零件，用到预定位V 型铁，还有加工过程中放有支撑架。

(3)铣定位平面是加工连杆轴时用的辅助精基准，这两个平面距离连杆轴与主轴颈轴心连线要有一定的尺寸公差要求，以保证加工时余量分布均匀性。

连杆精加工时，为了保证连杆轴的曲柄半径精度和对主轴颈的不平衡度和要求，也符合精基准的基准重合原则，可用磨过的最远的两个主轴为精基准，这样定位便于

保证技术要求并且夹紧牢靠，安装刚性好，工作不易变形。而且由于连杆轴颈分别相差120°度，因此轴向旋转自由度的限制，是在打断钻一个定位中心孔。

此外，各轴颈的两端面还有一定的轴向尺寸及公差要求，需要轴向定位，轴向定位基准往往采用主轴颈的一个端面，轴向定位基准应尽量与轴向设计基准一致——基准重合。

3.4工艺规程的编制

3.4.1选择工艺规程的因素

零件加工的工艺规程就是一系列不同工序的综合。由于生产规模和具体情况的不同，对于同一零件的加工工序综合可能有很多的方案。应当根据具体条件，采用其中最完善（在工艺上来说）和最经济的一个方案[1]。

工艺规程根据下列基本严因素来选择：

(1)生产规模是决定生产类型的主要因素，亦即是设备、用具、机械化与自动化程度等的选择依据；

(2)制造零件所用的坯料或型材的形状、尺寸和精度。它是选择加工总余量和加工过程中头几道工序的决定因素；

(3)零件材料的性质（硬度、可加工性、热处理在工艺路线中排列的先后等）。它是决定热处理工序和选择设备及切削用量的依据；

(4)零件制造的精度，包括尺寸公差、形位公差以及零件图上所指定或技术条件中所补充指定的要求；

(5)零件的表面光洁度是决定表面上精加工工序的类别和次数的主要因素；

(6)特殊的限制条件，例如工厂的设备和用具的条件等；

(7)编制的加工规程要在既定生产规模和生产条件下达到多、快、好、省的生产效果。

可见，所编制的工艺规程，是手大量的不同因素所限制的。

——选自《金属机械加工工艺人员手册》P249 页

3.4.2工艺路线的拟订

(一)机加工工序的安排原则

(1)先基准后其它：先把基准面加工出来，再以基准面定位来加工其它表面。

(2)先粗后精：即粗加工在前，精加工在后，粗精分开。

(3）先面后孔：平面轮廓尺寸较大，平面定位安装稳定，通常均以平面定位来加工孔。(4）先主后次：如主要表面是指装配表面、工作表面，次要表面是指键糟、联接用的光孔等。

(二)热处理工序及表面处理工序的安排

为了改善工件材料切削性能，安排热处理工序。

(1）锻造加工后，安排调质处理，作用是使工件具有良好的综合机械性能。

(2）粗加工后安排时效处理，消除零件内部的应力。

(3）粗磨之后，半精磨之前安排中频淬火，改善工件的机械性能。

(4）在加工过程中要进行校直，通常在车、热处理及粗磨后都要校直。

(三)检验工序的安排

为保证零件制造质量，防止产生废品，需在下列场合安排检验工序：

(1)粗加工全部结束之后；

(2)送往外车间加工的前后；

(3)工时较长和重要工序的前后；

(4)最终加工之后。

除了安排几何尺寸检验工序之外，有的零件还要安排探伤、密封、称重、平衡等检验工序。

(四）其它工序的安排

(1)切削加工之后，应安排去毛刺工序。

(2)零件在进入装配之前，一般都应安排清洗工序。工件内孔、箱体内腔易存留切屑，研磨、珩磨等光整加工工序之后，微小磨粒易附着在工件表面上，要注意清洗。(3)在用磁力夹紧工件的工序之后，要安排去磁工序，不让带有剩磁的工件进入装配线。

(五)基本加工工艺路线

(1)加工定位基准面

(2)粗、精车主轴颈

(3)中间检查

(4)粗磨主轴颈

(5)车连杆轴颈

(6)加工定位销孔

(7)钻油道孔

(8)中间检查

(9)中频淬火

(10)半精磨主轴颈

(11)精磨连杆轴颈

(12)精磨主轴颈

(13)钻齿轮定位销孔

(14)中间检查

(15)曲轴两端孔加工

(16)动平衡及去重

(17)超精加工或研磨

(18)最终检查

(六)该设计拟定的最终工艺路线（方案一）零锻造

零加调质处理

一粗铣两端面

二半精铣两端面

三钻质量中心孔

四粗车大端轴颈

五粗车第七主轴颈

六粗磨第一主轴和小端外圆

七数控车大端外圆

八数控车一七主轴

九铣定位面

十校直

十一粗车二至六主轴颈

十二半精车二至六主轴

十三粗车一六连杆轴颈

十四半精车一六连杆轴

十五粗车二五连杆轴颈

十六半精车二五连杆轴

十七粗车三四连杆轴颈

十八半精车三四连杆轴

十九人工时效

二十半精车小端外圆

二十一半精车大端外圆

二十二粗磨各主轴

二十三钻大端定位销孔

二十四粗磨连杆轴颈二十五钻油道孔二十六油孔喷砂

二十七中间清洗

二十八热处理

二十九中间探伤

三十半精磨二至六主轴

三十一半精磨连杆轴

三十二精磨皮带轮轴

三十三精磨油封轴和齿轮轴

三十四精磨连杆轴

三十五精磨一七主轴

三十六精磨二至六主轴

三十七精车两端面

三十八油孔倒角及抛光

三十九成品探伤

四十钻两面螺纹孔

四十一钻大端齿轮定位销孔

四十二动平衡

四十三清理去毛刺

四十四轴颈抛光

四十五止推轴颈抛光

四十六入库

(七）重点工序加工方法说明

1 车削

A. 主轴颈的车削

主轴颈一般作为加工连杆轴的基准，所以在铣曲轴端面和钻中心孔后，先车削主轴颈及其端面，然后车削连杆轴。

在大量生产中，曲轴的加工一般是在专用的多刀半自动车床上进行的，采用宽刃成形车刀（三面刃），实现横向进给。切削力很大，所以对机床系统的刚度要求特别高。曲轴刚度低，为了减少切削力造成的扭转变形和弯曲变形，除了采用一般的轴类件加工常用方法外，车中间主轴颈时可采用两边传动的多刀半自动车床，为使扭转在靠近加工的地方传到曲轴上，车两端时采用中间传动的多刀半自动车床，为使切削力作用互相抵消，前后刀架是同时相对作出纵向进给的，如下图所示：

图3.1 图3.2

车削主轴是六把专用车刀同时加工。刀具的位置预先调好，因此每次更换工件不必调整刀具的位置，大大提高了生产率。

车轴颈是从车连杆轴臂端面开始的，用专用车刀向回转中心进给，在转速固定时切削速度将减低，刀具的利用率不高。因此，这些专用车床应能自动加大主轴的转速，以便在车曲柄臂端面的过程中加工直径减少后仍能使切削速度相差不大。另一方面，由于模锻斜度的关系，越是靠近工件的中心则切削深度越大，切削力也越大，因此也要求主轴的转速自动增大而主轴每转进给量能自动降低。

B. 连杆轴的车削

主轴颈及其外圆车削好后，可车削连杆轴，需要解决角度定位和曲轴旋转的不平衡问题.在该生产中，可用两端传动的车床依次加工位于同一根轴线的一对连杆轴，每道工序在夹具上安装，利用在大端端面上钻的定位销孔，使所加工的一对连杆轴和机床主轴的回转轴线重合，主轴颈的轴线相对于机床主轴的回转轴线的偏移即是曲柄半径的大小。

以上所述的加工方法，一般来说工件是旋转的，机床主轴旋转不平衡的惯性较大，限制了机床主轴转速的提高，所以不能充分发挥硬质合金刀具的性能，而改为用高速钢刀具加工，生产率的提高也就受到一定限制。

国内外一些内燃机厂还用铣削的方法加工曲轴轴颈。这和车削相比较而言，铣削的最显著特点就是切削速度不受工件旋转不平衡地限制，可采用较高的切削速度以提高生产率，而且切削力比车削小，工件变形相对小，传动系统也相对简单，刚性较好。但是，铣削法的缺点是刀具成本高，切削产生的冲击往往造成刀片的崩缺，从而增加了更换刀片的时间，在要求高生产率的同时,铣削也难保证光洁度。

2 磨削

主轴和连杆轴车好后，还要进行磨削，以提高精度和光洁度。为了比较经济的达到7~8 级精度及的光洁度，轴颈在热处理前经过一次粗磨，淬火后再精磨两次。多次磨削是为了加快零件加工的节拍，并且容易达到较高的精度。

首先磨主轴颈，然后再磨连杆轴。磨得时候考虑到机床功率的限制，每次磨两个主轴，一和六、二和五、三和四。磨主轴颈时，以中心孔为定位基准，并且磨削时：采用死顶尖，工件与顶尖一起旋转，由于工件是进给运动，并且转速较低，因此可以达到较高的磨削精度；为了传递扭矩，有时可以用鸡心夹或者拨杆。磨连杆轴时则以精磨过的两端主轴颈定位，还有大端的定位销孔，以保证与主轴颈的距离和不平衡度的要求。

在大批量生产中，为了提高生产率，磨削通常在半自动磨床上进行。磨轮的快速进退，切入进给，微量进给，工件测量都是自动的。粗磨时可用两个磨轮同时加工位于同一轴线上的一对轴颈以提高生产率。精磨则很少这样进行，因为同时工作的两个磨轮可能磨损不均匀，而且引起曲轴变形较大。

3 深油孔的加工

主轴颈与相邻的连杆轴之间常有贯穿曲柄的深油孔，其深度多为200～250mm，直径为6～8mm,钻深油孔是在轴颈淬火以前进行的。对于下列生产而言，深油孔是

在专用钻孔机上完成的。深孔加工是有一些困难的。首先是排屑不方便，切屑阻塞会使扭矩增大，造成钻头折断，解决这些困难所采用的措施是：

A.采用分级进给便于排屑和改善刀具的冷却。钻头每钻一定深度后就退出排屑，再次钻入一定深度后又退出，如此自动循环，直到钻至所需深度为止。

B. 钻深孔所用机床采用卧式布置，有利于排屑。

C.用强力喷嘴把冷却液从钻头与孔壁之间的间隙及钻头的排屑槽注入，加强冷却。

D.适当加大钻头螺旋槽和螺旋角，以改善排屑。

E.在钻前锪一个半圆形的凹坑，这样在钻深油孔时钻头便不致倾斜，同时，提高磨套的位置精度，缩短钻磨套与工件表面的距离。

4 轴颈的光整加工

轴颈在精磨之后进一步提高光洁度，就要进行光整加工，这里我们采用抛光抛光是用磨料粒度在180＃～280＃的砂布带（或砂纸带）在抛光机上进行的。曲轴安装在卧式抛光机工作台的顶尖上，曲轴除了旋转以外，还有往复运动，旋转刀架的数目与轴颈的数目相同，所有轴颈都是在曲轴绕主轴线旋转的过程中同时加工的。抛光曲轴的刀架，则是在靠模轴的作用下与连杆轴作同步运动。抛光时，喷洒煤油，以洗掉散落在轴颈上的磨粒和细切屑。抛光只能提高光洁度，而不能提高形状精度和位置精度。

在批量较小的情况下，抛光轴颈外圆时可用毛毡把轴颈包起来。毛毡附在木夹子上，并对轴颈表面施加一定压力，在毛毡内涂上渗有煤油的刚玉或氧化铬磨料，在抛光过程中曲轴快速旋转,同时还作微量的轴向摆动，这样抛光与研磨相似，效果也更好，而且操作简便。

3.5工艺卡的填写

3.5.1机床的选择

通过查《金属机械加工工艺人员手册》（杨叔子主编）P60页可以知道机床的选择原则如下：(1)机床的加工规格范围应与零件的外部形状，尺寸相适应。(2)机床的精度应与工序要求的加工精度相适应。(3)机床的生产率应与被加工零件的生产类型相适应。大批量生产尽量选用生产率高的专用机床，组合机床或自动机床。(4)机床的选择应与现有条件相适应。做到尽量发挥现有设备的作用，并尽量做到设备负荷平衡。

3.5.2刀具的选择

通过查《金属机械加工工艺人员手册》P583页——钻头的选择；P606页——铰刀的选择；P613 页——铣刀的选择;P 654 页——磨具的选择可知曲轴的加工所需刀具的选择原则如下：

刀具的选择包括刀具的类型，构造和材料的选择，主要应根据加工方法、工序应达到的加工精度、粗糙度、工件的材料形状、生产率和经济性等因素加以考虑，原则上采用标准刀具，必要时采用专用刀具。

车、铣工序都采用YT类硬质合金刀具。硬质合金石制造高速切削刀具的主要材料，其硬度高、耐磨性和耐热性好，具有一定的使用强度。缺点是韧性差，性脆，但是这些缺点，可以通过刃磨合理的几何参数来弥补。所以，目前硬质合金是一种应用广泛的刀具材料。主要有YT5、YT15、YT30，随着数字的增大，TiC 的含量增大，TiC越多，韧性越差，但耐热性与耐磨性提高。所以在粗加工的时候用YT5，半精加工的时候用YT15，精加工的时候用YT30。

所以由粗加工、半精加工、精加工的工艺安排顺序考虑，我们分别选用YT30、YT15、YT5的刀具。他们的耐磨性增加、切速增加、进给量降低。

磨削时采用磨具—砂轮，它的性能主要取决于磨料、结合剂、粒度、硬度、组织及砂轮的形状和尺寸。

3.5.3夹具的选择

查《金属机械加工工艺人员手册》P56页可知曲轴加工时夹具的选用原则如下：正确设计和使用夹具，对保证加工质量和提高生产效率、扩大机床使用范围既减轻劳动强度都有重要意义。同时，使用夹具还有助于工人掌握复杂或精密零件的加工质量及解决较为复杂的工艺问题等。具体情况见后面的夹具设计部分。

3.5.4量具的选择

（1）量具的选择应做到量具的精度应与零件的加工精度相适应。

（2）量具的量程应与被测零件的尺寸大小相适应。

（3）量具的类型应与被测表面的性质（孔或外圆尺寸还是形状位置值）、生产类型、生产方式相适应。

（4）按量具的极限尺寸选择量仪时应保证：

T*K≥δ

T—被测尺寸的公差值（mm）

K—测量精度系数

δ—测量工具和测量方法的极限误差

表3.2 测量精度系数表

例如：粗磨主轴颈（第二十二道工序）加工

T=0.05 K=0.25 T*K=0.0125mm=12.5

查表可知，选用75~100，0.001㎜千分尺

3.5.5加工面尺寸的确定

加工面的尺寸作为确定刀具的形状大小，和计算机动时间的前提十分重要。加工面的长度和切入超出用来计算机动时间，加工面的直径和宽度，用来选择刀具。这里，我们把沿刀具进给的方向规定为长度，而把垂直于刀具进给的方向规定为宽度。对于加工件为圆面时，宽度和长度相等。

例如：如下图可知由宽度决定刀具的直径大于工件的直径，便于刀具一次行程完成全部铣削。由长度和加工时的切入超出长度相加求和得到的计算长度来计算机动时间。对于其它工序如车、磨工件外圆表面时，直径为被加工面加工前的尺寸，长度为沿工件进给方向的尺寸。

图3.3

切入超出的具体情况的规定在后面的“机动时间的计算”中在详细进行讨论。

3.5.6毛坯余量及加工余量的确定

（1）毛坯余量的确定

毛坯尺寸与它的零件尺寸之差称为毛坯余量，其大小取决于加工过程中各个工序的加工余量。金属的表层往往不同与表皮内部的金属，在锻件表面层有氧化层和脱

碳层，由此可知，表面层是有缺陷的，需要切除掉的。它的特点是，有较高的硬度。如果刀具的刀刃切在表面层，将使刀具磨损速度加快。曲轴属于复杂轴类零件，生产批量性质属于大批量生产。对于大批大量生产，我们应选择高精度的毛坯制造方法，以减少机械加工，提高加工效率，降低生产成本。因此为了提高毛坯质量及生产效率，我们采用模锻的方法。通过查《金属加工工艺人员手册》P334页可知毛坯余量如下表所示：

表3.3 毛坯余量表

（2）加工余量的确定

完成某一道工序所需切除的材料层的厚度称为工序余量。从毛坯到成品的整个工艺过程中所切除的材料层厚度称为总余量，加工余量的确定通常有三种方法：

A. 经验估计法：这是工艺人员根据经验进行估算。所有加工余量一般偏大。

B. 查表修正法：以生产实践和实验研究的资料制成的表格为依据，应用时再结合加工实际情况进行修正。

C. 分析计算法：根据一定的试验资料和计算公式进行计算，这样确定的余量比较经济合理，因受切削条件的改变和实验数据不全所限，应用较少。

查表法举例:

车削加工

表3.4 车削加工加工余量表

例如：加工第四主轴颈

粗车（第五道工序）Φ89外圆，档宽35.5单边余量选为6.5

精车（第十二道工序）Φ87外圆，档宽36.45 单边余量选为0.5

3.5.7切削用量的确定

切削用量的选择主要依据工件材料、加工精度和表面粗糙度的要求，还应考虑刀具合理的耐用度、工艺系统刚度及机床功率等条件，其基本原则是：首先选择一

，其次选择一个较大的进给量f，最后，在刀具耐用度和机床功个尽可能大的切深a

p

率允许条件下选择一个合理的切削速度v。

（1）切深a p的选择。应根据工件的加工余量和工艺系统刚度来确定。粗加工时，除留下半精加工、精加工的余量之后的余量来确定a p的量，往往采用逐渐减小a p的方法逐步提高加工精度和表层质量。对于加工外圆，a p是指半径余量。

（2）进给量 f 的确定。在粗加工时，f 的选择主要考虑工艺系统刚度和强度。工艺系统刚度和强度好时，f可大一些：反之，f就要小一点。

（3）切速的选择。V 主要根据工件材料和刀具性质来确定。在a p和f 都确定的情况下，所选切速应有合理的刀具耐用度。尤其车端面时，切速是一个变值，其最大值应比车外圆时适当提高。

切削用量的选择有查表法、计算法和经验法三种，如下：

计算法举例（第一道工序：粗铣两端面）：本工序的加工余量a p=5.5，工件材料为42CrMoA；刀具：直径为160，齿数z=16，材料W18Cr4V，每齿进给量为0.1，每转进给量f=1.6mm/r，a e =96。见下表所示：

表3.5

——查《金属机械加工工艺人员手册》P1113表14-47 其中，T—刀具耐用度（分）

a p—切深（mm）

f—进给量（mm/r）

表3.6 刀具耐用度T 表

带入公式，算得 v=43.8m/min

v 确定了之后就可以通过公式n=d

v ?π2000确定机床主轴转速n ，然后就可以进行机床的选择和设计。但是，这里应该注意到的一点是，对于专用机床而言，n 计算确定后就直接可以实现。而对于通用机床则不能把求出的n 直接实现出来，而需要进行进一步的验算，看是否在通用机床的主轴转速级数内。如果达不到计算出来的理论数值，就要选择邻近的n 来代替，从而在反推出其它切削用量的值。该道工序是专用机床，带入公式算得n=87r/min 。

查表法举例：（第二道工序：半精铣两端面）

《金属机械加工工艺人员手册》查表 14-71

表3.7 进给量 f 表

切深a p =2

刀盘直径d=160

进给量f=0.8

切速v=49

3.5.8有效功率的计算

A. 计算法仍以第一道工序为例：

功率的计算公式： P =C ?p d ?14.0a ?86.0

p f ?72.0z a ?e Z n ?

参数同前，带入公式计算得 P=8.0KW

B.查表法：P= P有效=P??

总

其中?—机床的传动效率,本工艺全部取为80%

P有效—切削有效功率

P总—机床电机功率

3.5.9零件加工时间的计算

时间定额指在一定生产条件（生产规模、生产技术和生产组织）下规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间。时间定额是安排作业计划、进行成本核算、确定设备数量、人员编制等的重要依据。时间定额由基本时间（T j）、辅助时间（T f)、布置工作地时间（T w）、休息和生理需要时间（T x）和准备与终结时间（T z）组成。

其中：单件时间T d= T j + T f + T w + T x

单件工时定额T h= (T j + T f + T w + T x + T z)/n

式中：n 为一批工件的数量。

T j=( L1+L2+ L)/(f*n)

其中，L—加工长度(mm)；

L1—加工切入(mm)；

L2—加工超出(mm)

f—进给量（mm/r）；

n—转速(r/min)。

具体有以下两种情况：

图3.4 图3.5

以第一道工序为例计算时间：

t= m

98

.0

6.1

87

136

n=

*

=

?

?a p

w

f

l