多拐曲轴加工

课题二多拐曲轴加工
曲轴有两拐、四拐、六拐、八拐等，多拐曲轴除有单拐对偏心距、平行度的要求以外，还根据曲柄拐数对曲柄轴颈夹角的分布有所要求，此外曲轴的形状特殊，刚性差，车削容易变形，必须注意增加曲轴的支承刚性，并解决好工件的安装。

一、教学要求
1、了解曲轴的结构，技术要求及加工中的安全问题；
2、掌握多拐曲轴的装夹、车削及检测方法；
3、掌握车削曲轴用的车刀刀体结构特点；
4、分析并能采取有效措施解决车削过程中出现的多种质量问题；
5、曲轴的加工工艺分析及加工工艺过程卡片的制订。

二、相关知识
1、曲轴的结构特点及有关技术要求
（1）曲轴的结构特点
曲轴是一种特殊形式的偏心工件，由法兰盘、主轴颈、曲柄颈、曲柄臂（扇板）和轴肩等组成，主轴颈与曲柄颈轴线间的距离，称作曲柄颈偏心距，曲柄颈间的夹角在圆周上成等角分布，曲柄夹角与拐数有关有900、1200、1800等。

曲轴的结构形状决定了零件的性刚差的特点，加工时在外力（切削力、冲击力及转矩）的作用下，很容易产生变形。

（2）曲轴的技术要求
由于曲轴长时间的高速旋转，受周期性的弯曲力矩旋转力距等作用下，要求曲轴具有高的强度、刚度、耐磨性、耐疲劳及冲击韧性等性能，除要求较高的尺寸精度，形位位置精度外，还有以下技术要求：
1）钢料毛坯需经煅造，使金属组织紧密，强度提高；
2）煅造曲轴毛坯应进行热处理正火或调节，对其各轴颈表面淬火，球墨铸铁也应进行正火处理，以改善力学性能，提高强度和耐磨性；
3）曲轴不准有裂纹、气孔、砂眼、分层和夹渣等煅造、铸造缺陷；
4）曲轴的轴颈及其与轴肩的连接处圆角须光洁圆滑不准有压痕、凹坑、拉毛、划份伤等现象，以防应力集中而留下隐患；
5）曲轴在精加工以后，应进行超声波（或磁性）探伤和动平衡试验。

2、车削曲轴用典型车刀的刀体结构特点
（1）扇形车刀（鱼肚车刀）；
（2）刀头刀排车刀；
（3）辅助支承车刀；
（4）曲柄臂平面车刀。

3、多拐曲轴的加工及检测
（1）曲轴的装夹方法
1）使用偏心夹板装夹曲轴；
两端无法钻中心孔的曲轴，可在曲轴两端装上偏心夹板，偏心夹板上有分度精确的中心孔，可根据曲柄颈夹角的大小（900、1200、1800）选用，为使偏心夹板安装位置正确，可在偏心夹板下面设计辅助基难。

安装偏心夹板后必须进行找正，一种高度游标卡尺校正（粗加工）另一种计算好的量块组垫在曲柄颈下面，找正曲柄中心（精加工）。

2）使用偏心卡盘装夹曲轴
偏心卡盘由卡盘座，调节丝杆、对开轴座、偏心卡盘体、紧固螺钉、平衡块、触头、分度板、定位销等构成。

尾座端应装上对应的偏心体，保持曲轴同位，并将尾座套筒改装，使偏心卡盘随工件一起转动，可以增加刚性。

3）使用专用偏心夹具装夹曲轴
当工件的批量较大或需要在较长的时间内车削同一种工件时，可以专用偏心夹具装夹，操作简单。

（2）曲轴的车削
曲轴结构复杂程度和刚性相关甚大，车削方法应根据曲轴的具体结构、尺寸、精度、材质和生产批量来考虑确定。

1）对零件工作图要进行加工工艺分析，以明确加工要求。

2）选择恰当的装夹方法和刀具，提高车削时工件刚性，防止曲轴变形。

3）多拐曲轴的轴向尺寸的设计基准无法与测量基准重合，此时轴向设计尺寸链要换算成便于测量的轴向工艺尺寸链。

4）车削曲轴所使用的车床、应重心低、刚度好、抗振好、车床主轴轴承，溜板应进行调整，以提高加工刚度。

5）一般须遵守先粗后精，先粗车轴颈对后车削轴颈的加工刚度影响较小原则。

先精车加工中最容易引起变形方法。

6）曲轴加工由于惯性力的作用，容易引起振动需平衡块进行平衡。

（3）提高曲轴的刚度的方法
1）两曲柄臂间用螺栓支撑；
2）两曲柄臂间用材料较硬的木块支持。

3）使用夹板夹紧曲柄臂。

4）使用特殊的撑具支撑。

5）使用中心架及偏心过渡套。

（4）曲轴的测量
1）偏心距的测量。

2）平行度的测量。

3）曲柄颈夹角的测量。

4、曲轴加工质量分析
（1）车曲轴时工件的变形
车曲轴时工件变形是始终存在的，变形越大，工件质量就越差，如何减小变形，成为提高曲轴加工质量的重要因素。

1）曲轴容易变形及产生误差的主要原因
①工件的静平衡差异，工件静平衡差异所产生离心力，使工件转轴线产生弯曲，影响工件圆度。

②顶尖或支撑螺栓的松紧程度，顶尖或支撑螺栓顶的过紧会使轴线弯曲。

③中心孔钻得不正确，两端中心孔不在一条直线上，将使主轴在回转中产生轻微摇晃，增大曲柄颈和主轴颈间的平行度误差，产生圆度误差，有时会损坏中心孔，甚至发生事故。

④切削力和切削强度变化，切削力的增大和切削温度升高都会使工件发生弯曲变形。

⑤车床精度和切削速度的影响，车床精度越差，则静平衡差异所造成的离心力对工件质量影响越大，切削速度越高，离心力越大，工件变形越严重。

2）防止曲轴加工时变形的措施
①采用两边传动的机床进行加工，以缩短转矩，注意车床主轴的间隙。

②认真对待各个打中心孔的工序，使两端中心孔在一条直线上。

③认真校正工件的静平衡，加工前用二顶尖轻轻顶住，检查使它在每个位置都能转动和停止。

④车削时要用支撑螺栓或压板压紧，紧松适当。

⑤粗、精车分开，先将各段全部精车，随后再进行精车，可避免粗车时的切削热而起引的工件变形，合理安排各主轴颈磨削的加工顺序，把最先磨出的一个主轴颈用于中心架支承，以增加工件的刚性。

⑥尽量使加工过程中所产生的切削力互相低消，采用对刀切削方式减小曲轴的挠曲度。

（2）曲柄颈偏心距，曲柄颈夹角不符合要求原因是装夹方法不恰当，工件顶尖孔位置不正确，可调夹板调整有误差，因此要选择适当的装夹方法，仔细校正。

（3）轴颈尺寸、形位尺寸误差超过规定，原因是机床精度或间隙不适当，工件装夹与校正不规范，使用刀具刚性不够，切削用量大，应对零件进行认真的工艺分析，调整机床等。

（4）表面质量差，曲轴加工影响表面粗糙度的因素很多，主要是工件刚性经起振动，刀具刚度不足，刀刃不锋利，接刀方法不正确，工件转动不稳，机床间隙太大，切削用量大等，在车削中使用夹板各种支撑和中心架支承增加工件刚度选择造当的刀具，确定切削用量，注意切削液的使用等都能提高表面质量。

5、车削曲轴时应注意的问题
（1）粗、精车时要注意配重、保证运转平衡、工件、夹具、配重必须安装稳定夹紧可靠。

（2）使用支撑、夹板必须松紧适度，压紧可靠。

（3）车刀伸出足够长度并注意增加刀具刚度。

（4）启动车床应先低速逐级提高，不允许直接以高速启动，加工中切削速度不宜太高。

（5）观察切削情况时，必须与旋转中的工件保持一定距离，不得用手直接抛光或触模，注意安全。

三、实例、六拐曲轴的车削
六拐曲轴机械加工工艺过程（单位：mm）
（续）
工艺讨论
1、曲轴的结构有哪些特点？对曲轴有哪些技术要求？
2、曲轴的加工方法有哪些，装夹和校正曲轴应注意什么问题？
3、如何对加工后的曲轴进行检查？
4、车削曲轴应该注意哪些问题？
5、试分析图4、加工工艺及加工工艺卡片的制定？。