曲柄軸加工工藝分析

魏純勇

（中國化工黑化集團有限公司硝銨廠，黑龍江 齊齊哈爾 161041）

0 引言

曲柄軸作為一種常見的機械零件，廣泛應用于柴油機、汽油機、減速機等機器中，特別是在各種發動機上是必不可少的零件。曲柄軸的加工工藝是實現曲柄軸設計精度的關鍵所在。隨著現代技術的發展，很多高端的機器對曲柄軸的加工精度、裝配精度要求都很高，尤其是高精度曲柄軸的加工制造。通常來說，曲柄軸的作用主要是傳遞運動和扭力，一般曲柄軸的結構都較復雜，精度要求較高。雖然各種新的加工設備不斷出現，但是成本也相應的升高。根據現有的加工設備制定合理的曲柄軸加工工藝，制造出高精度的曲柄軸具有重要意義。

1 曲柄軸加工工藝

1.1 加工零件

本文以圖1 所示的典型曲柄軸零件為例，進行高精度曲柄軸加工工藝的分析和計算，從圖中可以看出，該曲柄軸的加工精度要求較高，偏心精度要求±0.01 mm，軸頸兩側精度要求-0.005 mm，而且該曲柄軸的尺寸比較小，屬于高精密零件的加工范疇。曲柄軸偏心精度是曲柄軸機械加工中的關鍵所在，其優劣直接影響了曲柄軸加工的質量。根據曲柄軸的零件圖設計出合理的加工工藝路線是進行曲柄軸機械加工的重要任務。零件加工工藝路線的設計不僅與所加工零件的具體結構有關，并且與零件的材料和生產批量有很大的關系。因此，需要根據零件的結構特點和生產數量進行機械加工工藝的編排。本文將通過查閱相關的機械加工工藝手冊，并參考之前加工相似曲柄軸零件進行工藝的計算，對該曲柄軸的機械加工工序進行分解，以求得精確的切削量、切削力，從而保證零件的最終加工質量和精度。

圖1 典型曲柄軸零件

1.2 零件的加工工藝分析

根據曲柄軸的零件圖可知，該零件的加工主要是圓周面和端面的加工。綜合考慮零件的加工特點，本著“先面后孔，先主后次”的加工原則，對圖1 所示的曲柄軸零件加工工藝路線進行設計。首先結合零件的特性和本單位的庫存選取合理的毛坯，并對毛坯進行調質處理使其具有較好的加工性能。首先進行毛坯的粗加工，采用車床粗加工軸的兩端，車削左端面，打定位中心孔，加工長度至50 mm；然后掉頭車削右端面，并打定位中心孔，加工毛坯軸向長度至49.5 mm。采用一頂一夾的定位和裝夾方式在車床上粗加工φ14mm 的外圓；粗加工φ12 mm 的外圓。對軸兩端的定位中心孔進行研磨（將在精加工中作為定位基準）。采用車床精加工φ12 mm 的外圓到要求尺寸；加工10 mm 長的鍵槽到要求尺寸。采用專用夾具進行裝夾，使用磨床精磨偏心外圓φ17 mm，保證偏心尺寸1.5±0.01 mm；最后進行產品的檢驗。

2 曲柄軸加工相關量的計算

2.1 計算毛坯尺寸和加工余量

該曲柄軸選用的材料是20 鋼，硬度為60HRC，生產類型屬于大批量生產，根據該曲柄軸的加工工藝流程和生產批量的大小，對該零件的毛坯尺寸和加工余量計算如下：經查閱機械加工工藝手冊可知，徑向磨削余量為0.15 mm，可求得其精磨余量為0.15/10（即0.015 mm），粗磨削余量為0.12 mm，半精車的余量為0.5 mm，粗車后保留的余量為2 mm。因此，曲柄軸毛坯徑向總的加工余量為：S=0.15+0.015+0.12+0.5+2=2.785 mm。

為了合理地確定毛坯件的尺寸，可以先按工序確定每道工序的基本尺寸，然后將各道工序的加工余量累加，并與零件的尺寸相加就得到了毛坯件尺寸。計算過程如下：

工件的最大外徑為φ17 mm，每道工序的基本尺寸依次為：粗磨削尺寸為17+0.015=17.015 mm；半精車尺寸為17.015+0.12=17.135 mm；粗車加工尺寸為17.135+0.5=17.635 mm；毛坯件尺寸為17.635+2=19.635 mm。

查工藝手冊可知鍛造毛坯件的誤差要求±2 mm，根據以上計算結果并結合倉庫的實際庫存選取外徑為22 mm的棒料作為毛坯進行加工。

2.2 計算切削量

該曲柄軸零件的加工主要是采用車床車削和磨床進行磨削加工為主，現將車削用量和磨削用量計算如下：

1）車削用量的計算。

采用車床進行粗車時，選用硬質合金刀具加工軸的外圓和兩個端面，切削深度小于2 mm，進給量0.15～0.25 mm/r，粗車后的表面粗糙度要達到Ra3.2。刀桿選用20 mm×40 mm。

半精車選用硬質合金刀具加工軸的外圓，切削深度小于1 mm，進給量0.1～0.15 mm/r，粗加工后的表面粗糙度要達到Ra1.6。

查手冊可得粗加工切削速度為：車削φ12 mm 外圓時，切削速度小于1 335 r/min，結合所選用CA7150 車床，選定切削速度為1 000 r/min。按照該方法可得到車削φ17 mm 外圓時，選定切削速度為800 r/min。精加工的切削速度按照上述方法可得到車削φ12 mm 外圓時，切削速度為900 r/min，車削φ17 mm 外圓時，選定切削速度為700 r/min。

2）磨削用量的計算。根據加工零件的特點，砂輪的速度可選擇V1=30 m/s；查手冊可知工件的圓周速度V2=V1×60×（0.01～0.012 5）=18～22.5 m/s，工件圓周速度的選擇可根據實際零件加工時的直徑大小來調整。

磨削深度的計算可分為粗磨削和精磨削兩步，經查手冊粗磨削的磨削深度可取0.03～0.05 mm，精磨削的磨削深度可取0.005～0.010 mm。

由以上分析的工件粗磨余量0.12 mm，粗磨深度范圍0.03～0.05 mm，所以粗磨可分3 次進行，其粗磨削深度依次為：0.05 mm，0.04 mm，0.03 mm。工件的精磨余量為0.015 mm，精磨深度范圍0.005～0.010 mm，所以精磨可分2 次進行，其精磨削深度依次為：0.010 mm，0.005 mm。

實際加工操作時可根據以上的加工余量進行加工，并可結合具體的加工設備進行合理地修改，做到精細化控制以得到高質量的產品。

3 結語

通過對高精度曲柄軸機械加工工藝的分析，初步擬定了其機械加工工藝路線，并結合零件的材料、結構特點和生產批量編訂了合理的加工工藝流程。另外，對每道工序的加工用量都進行了詳細的分析和計算，從而很好地指導了工人的實際操作。嚴格、精細的工藝流程控制是確保曲柄軸加工精度的前提和基礎。該工藝分析制定的過程對同類零件的加工具有很好的借鑒和推廣意義。

［1］曾茂燕.高精度曲柄軸加工工藝分析［J］.裝備制造技術，2012（3）：51-53.

［2］成大先.機械設計手冊［M］.5 版.北京:化學工業出版社，2011.