曲轴的加工工艺

论曲轴的加工工艺

曲轴是发动机及气缸式压缩机上的一个重

要的旋转机件，装上连杆后，可承接活寒的上下(往复)运动变成循环运动。曲

轴的材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，有几个重要部位：主轴颈、

连杆颈、曲柄等。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。

1 确定曲轴的加工工艺法方案

1.1 曲轴作为一个重要的旋转机件，其加工方法仍冇一般轴的加工

规律，如铣两端面，钻中心孔，车、磨及抛光，但是曲轴也是有它的特点，它由主轴颈，连杆轴颈与连杆轴颈之间的连接板组成，其结构细长、曲拐多、刚性差，因而安排曲轴加工工艺应采取相应的工艺措施。

1.2 在曲轴的机械加工中，采用新技术和提高自动化程度都不

断取得进展。国内以往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，工质质量

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。现在加工曲轴粗加工

比较流行的工艺是：主轴颈采用车拉工艺和高速外铣,连杆颈采用高速外铣，而且倾向于高速随动外铣，全部采用干式切削。在对连杆颈进行随动磨削时，

曲轴以主轴颈为轴线进行旋转，并在一次装夹下磨削所有连杆颈。

在磨削过程中，磨头实现往复摆动进给，跟踪着偏心回转的连杆颈进行磨削加工。

2 确定曲轴的加工工艺过程

2.1 曲轴的结构及其特点。

曲轴一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。一个

主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，曲轴的曲拐数目等于气缸数(直列式)。

主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。主轴

承的数目不仅与气缸数目有关，还取决于曲轴的支承方式。

连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，在连接处用圆

弧过渡，以减少应力集中。

曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部分，断面为椭圆形，为了平衡惯性力，

曲柄处铸有(或紧固有)平衡重块。平衡里块用来平衡发动机不平衡的离心力矩，有时还用来平衡一部分往复惯性力，从而使曲轴旋转平稳。

2.2

曲轴的主要技术要求分析。1)主轴颈、连杆轴颈本身的精度，即尺寸公关等级I

T6,表面粗糙度Ra值为1.25~0.63μ

m。轴颈长度公差等级为IT9~IT10。轴颈的形状公差，如圆度、圆

拄度控制在尺寸公差之半。2)位置梢度，包括主轴颈与连杆轴颈的平行度：

一般为100mm之内不大于0.02mm;曲轴各主轴颈的同轴度:小型高速曲轴为0.025 mm,中大型低速曲轴为0.03~0.08mm。3)各连杆轴颈的位置度不大于±20’。

2.3 曲轴的材料和毛坯的确定。曲轴工作时要承受很大的转矩及交变的弯曲应力，容易产生扭振、折断及轴颈磨损，因此要求用材应有较高的强度、冲击韧度、疲劳强度和耐磨性。常用材料有：一般曲轴为35、40、45钢或球墨铸铁，对于高速、重载曲轴，可采用40Cr、42Mn2V等材料。

曲轴的毛坯根据批量大小、尺寸、结构及材料品种来决定。批量较大的小型曲轴，采用模锻；单件小批的中大型曲轴，采用自由锻造；而对于球墨铸铁材料则采用铸造毛坯。

2.4 曲轴的机械加工工艺过程。曲轴的尺寸精度、加工表面形状精度以及位置精度的要求都很高，但刚性比较差，容易产生变形，这就给曲轴的机械加工带来了很多困难，必须予以充分的重视。

曲轴需要加工的表面有：主轴颈、连杆轴颈、键槽、外圆。由于使用了工艺轴，铣键槽安排在切除工艺轴后，磨削外圆安排在保留工艺轴前。

根据曲轴的结构特点及机械加工的要求，加工顺序大致可归纳为：铣两端面；车工艺轴和钻中心孔；粗、精车三连杆轴颈；粗、精车各处外圆；精磨连杆轴颈、主轴颈和外圆；切除工艺轴、车断面、铣键槽等。

3 曲轴的机械加工工艺过程分析

3.1 曲轴的机械加工工艺特点。曲轴除了具有轴的一般加工规律外。也有它的

工艺特点，主要包括形状复杂，刚性差及技术要求高，针对这些特点应采取相应的措施。

3.2形状复杂。曲轴主轴颈与连杆轴颈不在同一轴上线，偏心距有一定的尺寸要求，并且两轴有较高的位置度要求，同时主轴颈与连杆轴颈间有较大的平衡块，因此在工艺设计中应解决以下几点问題:a.设计加工连杆轴颈的偏心夹具，即连杆轴颈与机床主轴重合.并使夹具能回转180度,加工另一连杆轴颈。b.为消除加工

时的不平衡力的产生，设计夹具时应精确设计平重。

3.3 刚性差。由于本曲轴长颈比较大，同时具有曲拐，因此刚性较差。曲轴在切削力及自重的作用下会产生严重的扭曲及弯曲变形，特别在单边传动的机床上加工更为严重，在工艺设计中应解决以下问题：1）粗加丁.时由于切削余带大，切削力也较大，可用中间托架来增强刚性，减小变形和振动，同时机床刀具及夹具都应有较高的刚度。2)在加工时尽疳使切削力的作用相互抵消，可用前后刀架时横向进给。3)合理安排工位次序以减少加工变形，按先粗后精的原则安排加工工序，逐步提高稍度。4)在有可能产生变形的工序后面增设校直工序。

3.4 技术要求高。曲轴技术要求较高，加工而多,需要保证的尺寸、形状、位置精度较多。因而总的工艺路线较长,精加工占有相当比例。

加工时应要解决以下问题：1）正确分配粗加工、半精加工及精加工余量。2)粗基准选择用曲轴两端的中心孔。中心孔的加工以主轴颈外圆作为基准，这样能保证曲轴加丁径向及轴向加工余量的均匀性。3)精加工时仍用中心孔作为基准，但要重新修磨中心孔，避免精加工时因中心孔磨损引起加工误差。也可一端用主轴颈定位，另一端用中心孔定位以提高刚度。4)曲轴轴向定位以主轴颈轴