曲轴加工工艺

3 曲轴加工工艺

3.1曲轴的功用、结构特点及工作条件

曲轴在发动机内是一个高速旋转的长轴，它将活塞的直线往复运动变为旋转运动，进而通过飞轮把扭矩输送给底盘的传动系，同时还骆动配气机构及其它辅助装置，所以其受力条件相当复杂，除了旋转质量的离心力外，还承受周期性变化的气体压力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲与扭转载荷。为保证工作可靠，曲轴必须要有足够的强度和刚度，各工作表面要耐磨。而且润滑良好。其结构如图3.1.18所示，主要由主轴颈、连杆轴颈、油封轴颈、齿轮轴颈、皮带轮轴颈和曲柄臂等组成。

3.2 曲抽的毛坯材料及制造方法

CA6102发动机曲轴采用45"钢模锻方式制造，它具有较高的刚度、强度和良好的耐磨性。图3.1.19为其毛坯图。

3.3 曲轴的主要加工表面及技术要求

如图3.1.18所示，CA6102发动机曲轴的主要加工表面及技术要求如下:

1.主轴颈:曲轴共有7个主轴颈，它们是曲轴的支点。为了最大限度地增加曲轴的刚度，通常将主轴颈设计得粗一些，尽管这会增加重量，但是它可以大大提高曲轴的刚度，增加重叠度，减轻扭振的危害。

主轴颈为 ，圆柱度公差为 。第一轴颈长 ，第四轴颈宽 ,第七轴颈宽 ，第二、三、五、六轴颈宽 以第一、七主轴颈为基准。第四主轴颈的径向跳动公差为0.05mm。

2.连杆轴颈：曲轴共有六个连杆轴颈，它与连杆总成大头相连接。轴颈为 ,圆柱度公差为0.005mm。轴颈宽38H10mm，其与主轴颈的重叠度为11.35mm。

3.油封轴颈：油封轴颈为 。

4.曲柄臂:曲柄臂用于连接主轴颈和连杆轴颈，共有十二个。它呈长圆形，是曲轴的薄弱环节。容易产生扭断和疲劳破坏。曲柄半径为R(57.15士0.07)mm。

5.各连杆轴颈轴心线的相位差在 之内。

6.曲轴必须经过动平衡，精度为 。

7.主轴颈、连杆轴颈要进行表面淬火，淬硬深度2mm-4mm,55-53HRC。油封轴颈(即安装飞轮轴颈)也要进行表面淬火，淬硬深度不小于1mm,54-63HRC。

8.曲轴还要进行探伤检查。要求曲轴的加工表面不允许出现“发裂”。

3.4 曲轴的机械加工工艺过程

曲轴的机械加工工艺过程在很大程度上取决于生产批量、加工要求、毛坯种类和热处理安排等。

典型加工顺序为：铣两端面→钻中心孔→粗车→精车→铣削→热处理→磨削加工等。

曲轴机械加工过程大致可分为以下几个阶段:

①加工定位基面→粗、精车主轴颈→中间检查；

②粗磨主轴颈→铣定位面→车连杆轴颈→加工定位销孔、油道孔等次要表面→中间检查；

③中频淬火→半精磨主轴颈→中间检查；

④精磨连杆轴颈→中间检查；

⑤精磨主轴颈→铣键糟→中间检查；

⑥两端孔加工、动平衡→超精加工主轴颈及连杆轴颈→最终检查。

CA6102发动机曲轴生产线共有64道工序，72台设备，其中23台进口设备。其主要工序见表3.1.3。

3.5 曲轴加工工艺过程分析及典型夹具

1定位基准的选择。曲轴径向尺寸设计基准为主轴颈和连杆轴颈的轴线；轴向尺寸基准为止推面。

作为精基准(也为设计基准)的中心孔应先加工，粗基准为第一、七主轴颈外画表面，并以第四主轴颈两侧曲柄臂斜面作为轴向定位粗基准。

2关键工序及典型夹具。第一道工序为铣端面、钻中心孔。曲轴中心孔是否偏移，对加工表面的余量分布和动平衡有直接影响，所以应使中心孔尽可能接近曲轴的质量中心。加工时，先铣两端面，后钻中心孔。

粗加工主轴颈时，如以中间轴颈作为辅助支承面和轴向定位面时，则中间轴颈加工应安排在其它轴颈加工之前进行粗加工或半精加工；曲柄定位面(也称平台)应在连杆轴颈加工之前进行加工；油道孔、定位销孔的加工应在轴颈粗磨之后，淬火之前进行；表面淬火应在半精磨加工之前进行；平衡在精加工之后进行；校直是在容易引起曲轴弯由变形的工序之后进行，如在粗车、粗磨、热处理工序之后进行；最终检查在清铣之后进行。

图3.1.2和图3.1.21所示为第一道工序MP-73铣钻组合机及其所用自定心夹具。

通过液压油缸带动铰链机构实现自动定心。油缸4前腔进油时，活塞杆带动铰链8推动连接杆5,然后再带动铰链5，使两端卡爪体前进夹紧工件。当油缸后腔进油时，则夹爪松开。

在调整夹具精度时（指夹爪与中心钻的位置精度)，如果需要调整夹爪体行程距离，就拧动螺帽7,此时两端夹爪体同时前进或后退。当需要微量调整某一个夹爪体时，就拧动微调旋钮1来实现。

为保证中心孔的加工精度，此工序备有一个校准中心钻位置精度(相对于夹紧中心)的校准件，用以经常检查和调整夹具。图3.1.22为检查中心钻相对于夹具的位置精度示意图。检查方法如下:

首先将校准件夹紧，然后使校准件的活动套沿中心钻外圆旋转，如果能转过一周。且活动套与中心钻外圆的接触间隙相同(用塞尺测量)，则证明中心钻与夹具调整正好合格，否则要重新调整夹具。

图3.1.23所示第13道工序A662铣床夹具。铣削面为第一和第十二曲柄臂两侧面上的定位面。气缸5带动其两端带有斜面的推杆6，推动顶杆3使压板4夹紧工件。曲轴的轴向定位是以油封轴颈端面靠在夹具轴向定位件1上.并以V形铁2作为角向定位(v形铁可上下浮动)。

图3.1.24为曲轴连杆轴颈车床加工示意图。本机床有两个工位，每个工位的刀架数等于连杆轴颈数(如图3.1.25)。一个工位用多刀同时车削所有的连杆轴颈台肩端面，另一个工位用多刀同时车削所有的曲柄销外圆。中间主轴颈用中心架支承。曲轴用两端主轴颈、第一主轴颈台肩端面及曲柄臂侧面的工艺平面为定位基准。主轴颈和机床主轴同轴。加工时，曲轴绕其主轴颈轴心旋转，曲轴是与所有车刀同步旋转的。机床的工作原理如图3.1.26所示。曲轴旋转一周，车刀把外圆表面切去一层金属。车刀径向进给，将全部余量切掉。

该机床的生产率高，但更换刀具和机床重新调整的时间较长。由于刀架与机床主轴同步运动。当主轴转速提高时，在刀架上会产生相当大的惯性力，因而切削速度的提高受到一定的限制。

钻深油孔是在轴颈淬火以前进行。深孔加工有一些特殊的间题要注意，首先是排除切屑不方便，其次是刀具冷却困难，从而降低钻头的寿命。另外，钻头容易引偏，钻头刚性差，容易造成孔轴线外斜，并可能导致钻头折断等。解决的措施有:

①采取分级进给，以便排除切屑和改善刀具的冷却。深孔钻组合机床的动力头备有分级进给机构，控制动力头的进退。钻头每钻入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，直至钻至所需的深度为止。如图3.1.27所示。

②适当加大钻头螺旋槽和螺旋角，以改善排屑。

③细长的钻头在开始钻入时的加工精度对孔全长的直线度有很大的影响。由于深油孔和轴颈表面形成一个角度，钻头容易引偏，故在钻深油孔前用专用钻床在轴颈表面糊一个半球形的凹坑，钻孔时钻头便不致倾斜。同时，应提高钻套的位置精度，缩短钻套与工件表面的距离，并使钻套长度不小于孔径的三倍。

2K34曲轴抛光机床是一种超精加工设备，它是利用油石或砂布进行光整加工的，其运动比较复杂(工件的旋转运动，油石的纵向移动，工件与油石的高速振动)。在超精加工过程中，油石与工件的高速振动是其重要的特征。工件表面形成无数细徽的螺旋线，这些

螺旋线又互相交错而重合，如图3.1.28所示。由于整个工件表面上都同样不断地进行交错切削，就把被加工表面上的全部突出尖锋彻底削掉，剩下的只是不明显的凹痕了，这就是它能形成特别低的粗糙度的主要原因。

曲轴是形状细长而复杂的工件，要求在同一时间内对14个轴颈进行超精加工(包括油封轴颈)，公差为0.019mm，粗糙度为 ，其加工参数为：

①工作主轴转数在一个加工循环中先慢速后快速。

粗研加工：慢速43r/min；快速131r/min。

精研加工:慢速85r/min；快速131r/min。

②工件振动频次：415次/min；振幅6mm。

③油石的移动量为：12-17mm；移动速度1-1.2m/min。

一般的超精加工过程可分为四个阶段。如图3.1.29所示。四个阶段如下:

①强力切削阶段。当油石最初与工件接触时，仅仅碰到工件表面上少数突出尖峰，