汽車發動機曲軸數控切削用量優化研究

朱炳堅 張志波 覃新貴

摘 要：汽車發動機曲軸在加工的過程中，數控加工工藝是最基本的工藝，而切削工作又是數控加工工藝中最基礎的工作，所以要想提高汽車發動機曲軸的質量，就要優化汽車發動機曲軸的數控切削技術，而想要優化汽車發動機曲軸的數控切削技術，就要優化汽車發動機曲軸的數控切削用量。所以本篇論文就主要對汽車發動機曲軸數控切削用量優化進行了研究，首先詳細介紹了汽車發動機曲軸的數控加工工藝，然后介紹了汽車發動機曲軸的主要技術要求，其次介紹了汽車發動機曲軸在加工的工程中需要用到的材料以及毛坯，然后對汽車發動機曲軸的機械加工工藝進行了分析，并且給出了優化汽車發動機曲軸數控加工工藝參數的意見，最后進行了總結。

關鍵詞：汽車發動機曲軸 數控加工工藝 切削用量優化

1 引言

隨著時代的進步，汽車已經成為人們日常生活中的必需品，并且隨著人們生活質量水平的提升，人們對于汽車的質量也有了更高的要求。而發動機是決定汽車質量的一個關鍵因素，所以隨著時間的推移，人們越來越重視汽車發動機的質量，而汽車發動機的質量又直接取決于汽車發動機曲軸的質量，所以要想提高汽車的質量，就要在根本上提高汽車發動機曲軸的質量。汽車發動機曲軸在加工的過程中最常用到技術就是數控加工技術，所以合理優化汽車發動機曲軸數控工藝的切削用量，就可以提高汽車發動機曲軸加工的質量，同時還可以減少汽車發動機曲軸在加工過程中原材料的浪費，并且減少汽車發動機曲軸的加工時間，提高工作效率，進而就可以節省汽車發動機曲軸加工的成本。因此，優化汽車發動機曲軸在進行數控加工時的切削用量，不僅可以加強汽車的質量，可以提高汽車發動機曲軸制造公司的市場競爭力，所以如何優化汽車發動機曲軸在進行數控加工時的切削用量，已經成為各個汽車發動機曲軸制造公司首要關注的問題。

2 曲軸數控加工工藝分析

汽車發動機是由各種型號、大小、性能等等屬性不同的零件構成的，其中曲軸就是其中的一種，也是最主要的一種。曲軸作為汽車發動機中最主要的零件，其最大的作用就是改變汽車發動機的運動形態。曲軸是一種偏心回轉類的零件，所以它可以實現直線運動與旋轉運動的互換，也就說它可以將原本的直線運動轉換為旋轉運動，也可以將原本的旋轉運動轉換成直線運動。汽車發動機的曲軸主要有兩種不同的型面，其中一個型面是主軸頸，另一個型面則是連桿軸頸。一般汽車發動機的曲軸在加工的時候，運用的也都是比較傳統的加工技術，比如車銑復合自動編程加工技術。汽車發動機曲軸在加工的過程中會涉及到車、銑、鉆、刨、磨等等加工技術，所以這種加工技術主要是通過編程控制車、銑、鉆、刨、磨等等的切削用量來實現汽車發動機曲軸的加工的。

3 曲軸的主要技術要求

汽車發動機曲軸在制造的過程中，主要有兩個重要的參數，分別是主軸頸的寬度與曲軸的軸向尺寸。汽車發動機是有不同的型號的，而不同型號的發動機的曲軸也是不一樣的，所以在給不同型號的汽車發動機安裝曲軸的時候，也要根據發動機的型號選擇合適型號的曲軸，而曲軸的型號就取決于主軸頸的寬度以及曲軸的軸向尺寸。對于不同的型號的汽車發動機曲軸，曲軸的主軸頸寬度以及曲軸的軸向尺寸都是有明確規定的，同時制造的誤差，也就是極限偏差也是有規定范圍的。所以曲軸在制造的過程中，不僅要嚴格按照相關的規定進行制造，曲軸主軸頸的寬度以及曲軸的軸向尺寸的極限偏差也要在規定的范圍內。曲軸主軸頸的寬度以及曲軸的軸向尺寸的極限偏差見下表1。

4 曲軸的材料與毛坯

汽車發動機曲軸在運行的過程中很容易受到轉矩以及交變的彎曲應力的影響，所以汽車發動機的曲軸在運行的過程中就很容易產生磨損、斷裂或者扭曲等等現象。因此汽車發動機曲軸在制造的過程中，要選擇硬度比較大、耐磨性較好以及不容易產生形變的材料。所以汽車發動機曲軸的制造材料一般會選擇35/40/45鋼或者是球墨鑄鐵等等的合成材料。

影響汽車發動機曲軸毛坯的因素有很多，比如大小、結構或者尺寸等等。但是相對于數量較少的小型汽車發動機曲軸，一般會采用模鍛，而中型或者是大型的汽車發動機曲軸，則會采用自由鍛造等等。

5 曲軸的機械加工工藝分析

汽車發動機的曲軸有很多的特點，其中一個特點就是剛性較差，而這個特點也直接決定了汽車發動機曲軸零件的加工順序。汽車發動機曲軸在加工的時候，應該按照先粗后精的加工順序。首先要加工汽車發動機曲軸的主軸頸，其次再加工汽車發動機曲軸的連桿軸頸，最后再加工其他的小型零件。因為這樣的加工順序可以減少汽車發動機曲軸的主軸頸與連桿軸頸的受力力度，進而就可以在根本上降低汽車發動機曲軸的主軸頸與連桿軸頸因為受力而發生形變的概率，然后就可以達到提高汽車發動機曲軸的加工精度的目的。

6 優化曲軸數控加工工藝參數的建議

汽車發動機曲軸在加工的過程中，曲軸的平整度、加工精度或者是表面粗糙程度等等性質都是有嚴格規定的，而切削用量是影響這些性質的主要因素。同時影響切削用量的因素又有很多，比如切削深度、切削寬度、切削力度、切削功率或者刀具的耐磨程度等等，所以在選擇切削用量的時候，也要考慮到這些因素。因此，所謂合適的切削用量，就是指在達到汽車發動機曲軸性質加工的要求的基礎上，結合影響切削用量的因素，選擇的最大的切削用量。

優化汽車發動機曲軸數控切削用量最主要的目的就是提高生產率，降低生產成本。其中最大生產率目標函數和最低生產成本目標函數以及各個函數中具體參數的實際意義見下表2。

通過上述表格可以看出，當t1與tr均是數學常量的時候，最大生產率目標函數與最低生產成本目標函數的數學變現形式是一樣的，所以當t1與tr均是數學常量的時候，最大生產率與最低生產成本是不沖突的，可以運用同樣的優化方式選擇切削用量。但是當t1與tr不是數學常量的時候，就需要工作人員根據實際的工作提供優化方案，選擇合理的切削用量。

7 總結

目前汽車發動機的曲軸在進行數控加工時的切削用量都是通過編程控制的，主要通過將切削用量轉變成數值，并且編寫在程序中，進而達到控制切削用量的目的。但是汽車發動機曲軸在進行實際加工的過程中，要進行不同次數的走刀，并且每次走刀的寬度與深度都是不一樣的，所以如果每次走刀都設置同樣的切削用量值，就會影響走刀的時間。比如，設定一個適合切寬與切深都較大的切削用量，那么在進行切寬與切深都較小的走刀的時候，就會增加走刀的時間，進而就會增加工作時間，減少工作效率。所以在進行汽車發動機曲軸制造的時候，如何設定合適的切削用量，就是目前汽車發動機曲軸制造企業最重視的問題。希望本篇論文對優化汽車發動機曲軸的數控切削用量有所幫助。

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