魏純勇

（中國化工黑化集團(tuán)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(jī)械零件，廣泛應(yīng)用于柴油機(jī)、汽油機(jī)、減速機(jī)等機(jī)器中，特別是在各種發(fā)動(dòng)機(jī)上是必不可少的零件。曲柄軸的加工工藝是實(shí)現(xiàn)曲柄軸設(shè)計(jì)精度的關(guān)鍵所在。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，很多高端的機(jī)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(yùn)動(dòng)和扭力，一般曲柄軸的結(jié)構(gòu)都較復(fù)雜，精度要求較高。雖然各種新的加工設(shè)備不斷出現(xiàn)，但是成本也相應(yīng)的升高。根據(jù)現(xiàn)有的加工設(shè)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(jìn)行高精度曲柄軸加工工藝的分析和計(jì)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(cè)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(jī)械加工中的關(guān)鍵所在，其優(yōu)劣直接影響了曲柄軸加工的質(zhì)量。根據(jù)曲柄軸的零件圖設(shè)計(jì)出合理的加工工藝路線是進(jìn)行曲柄軸機(jī)械加工的重要任務(wù)。零件加工工藝路線的設(shè)計(jì)不僅與所加工零件的具體結(jié)構(gòu)有關(guān)，并且與零件的材料和生產(chǎn)批量有很大的關(guān)系。因此，需要根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生產(chǎn)數(shù)量進(jìn)行機(jī)械加工工藝的編排。本文將通過查閱相關(guān)的機(jī)械加工工藝手冊，并參考之前加工相似曲柄軸零件進(jìn)行工藝的計(jì)算，對該曲柄軸的機(jī)械加工工序進(jìn)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(zhì)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(jù)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(diǎn)，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(jìn)行設(shè)計(jì)。首先結(jié)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(jìn)行調(diào)質(zhì)處理使其具有較好的加工性能。首先進(jìn)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(jìn)行研磨（將在精加工中作為定位基準(zhǔn)）。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(jìn)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(jìn)行產(chǎn)品的檢驗(yàn)。

2 曲柄軸加工相關(guān)量的計(jì)算

2.1 計(jì)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(chǎn)類型屬于大批量生產(chǎn)，根據(jù)該曲柄軸的加工工藝流程和生產(chǎn)批量的大小，對該零件的毛坯尺寸和加工余量計(jì)算如下：經(jīng)查閱機(jī)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(jì)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(jù)以上計(jì)算結(jié)果并結(jié)合倉庫的實(shí)際庫存選取外徑為22 mm的棒料作為毛坯進(jìn)行加工。

2.2 計(jì)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(jìn)行磨削加工為主，現(xiàn)將車削用量和磨削用量計(jì)算如下：

1）車削用量的計(jì)算。

采用車床進(jìn)行粗車時(shí)，選用硬質(zhì)合金刀具加工軸的外圓和兩個(gè)端面，切削深度小于2 mm，進(jìn)給量0.15～0.25 mm/r，粗車后的表面粗糙度要達(dá)到Ra3.2。刀桿選用20 mm×40 mm。

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

查手冊可得粗加工切削速度為：車削φ12 mm 外圓時(shí)，切削速度小于1 335 r/min，結(jié)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(shí)，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(shí)，切削速度為900 r/min，車削φ17 mm 外圓時(shí)，選定切削速度為700 r/min。

2）磨削用量的計(jì)算。根據(jù)加工零件的特點(diǎn)，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(jù)實(shí)際零件加工時(shí)的直徑大小來調(diào)整。

磨削深度的計(jì)算可分為粗磨削和精磨削兩步，經(jīng)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(jìn)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(jìn)行，其精磨削深度依次為：0.010 mm，0.005 mm。

實(shí)際加工操作時(shí)可根據(jù)以上的加工余量進(jìn)行加工，并可結(jié)合具體的加工設(shè)備進(jìn)行合理地修改，做到精細(xì)化控制以得到高質(zhì)量的產(chǎn)品。

3 結(jié)語

通過對高精度曲柄軸機(jī)械加工工藝的分析，初步擬定了其機(jī)械加工工藝路線，并結(jié)合零件的材料、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生產(chǎn)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(jìn)行了詳細(xì)的分析和計(jì)算，從而很好地指導(dǎo)了工人的實(shí)際操作。嚴(yán)格、精細(xì)的工藝流程控制是確保曲柄軸加工精度的前提和基礎(chǔ)。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(shù)，2012（3）：51-53.

［2］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊［M］.5 版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2011.