三维工艺过程+三维图
465-5001曲轴.dwg
二维工艺过程.dwg
工艺规程封面.dwg
设计说明书.doc
曲轴是发动机中最重要、最昂贵的零件之一，它的尺寸加工精度影响着发动机动力，并且在很大程度上影响着发动机的性能和可靠性，必须在加工上正确选择曲轴的加工工艺路线，以求获得满意的技术经济效果。
本设计是对轻型汽车曲轴进行工艺规程编制，随着现在设计加工制造技术的发展，曲轴结构及材料及加工手段等也在不断发展，确定加工工艺与装夹方案及设计，从而达到对曲轴在发动机运转的原理与工况的了解，并对曲轴构造与加工工艺进一步更深了解；已知曲轴毛坏尺寸和标准尺寸。利用CAD软件绘制零件图，然后运用Pro/E软件建立三维模型，编制曲轴的加工工艺。
关键词：汽油机；曲轴；加工工艺；AutoCAD；Pro/E。
曲轴是发动机最重要的零件之一，其功用是将活塞连杆组传来的气体作用力转变成曲轴的旋转力矩，再通过飞轮、离合器和汽车传动系统来驱动汽车行驶；同时驱动发动机的辅助装置（配气机构凸轮轴、发电机、水泵、风扇、机油泵、汽油泵等）工作，由此可见曲轴在发动机中扮演着重要的角色。随着科技的不断发展，汽油机的不断强化，曲轴的工作条件愈加苛刻，保证曲轴的工作可靠性至关重要，其加工工艺是否合理，对曲轴的使用寿命有很大影响，因此在加工过程中需给予高度重视。Pro/E软件具有参数化建模的强大功能，是基于特征造型的参数化技术的一种全新的思维方式进行产品的造型、创新设计的软件。基于Pro/E加工的曲轴既能满足预定的功能要求，又具有经济性和良好的工艺性，可大大缩短加工时间,提高改进加工和系列产品加工速度，节约加工成本。
曲轴工艺规程编制的基本要求如下：
（1）分析零件图，运用工艺知识选择加工基准据实际生产条件确定工艺方案及相应加工方法(如:定位，夹紧，毛坯基准，孔径等)；
（2）通过分析拟定有保证加工精度的方法
（3）通过分析设计符合实际的完整的工艺规程。
（4）通过分析选择有重要尺寸的加工方法及相应的加工参数的工序图及工序图要突出加工部位；
（5）有工艺规程的二维和三维图；
（6）有相关重要尺寸链换算和必要先进工艺加工改进。
显然，随着发动机技术的发展与强化，曲轴的工作条件愈加恶劣了，传统的材料和制造工艺已无法满足其功能要求，必须对曲轴的材质、加工技术、表面粗糙度、热处理、表面强化、工艺方案等严格要求，以获得满意的技术经济效果。
1.2 国内外研究现状
国外曲轴加工技术展望美国、德国、日本等汽车工业发达国家都致力于开发绿色环保、高性能发动机，目前各个厂家采用发动机增压、扩缸及提高转速来提高功率的方法，使得曲轴各轴颈要在很高的比压下高速转动，发动机正向着增压、增压中冷、大功率、高可靠性、低排放方向发展。曲轴作为发动机的心脏，正面临着安全性和可靠性的严峻挑战，传统材料和制造工艺已无法满足其功能要求，市场对曲轴材质以及毛坯加工技术、精度、表面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等要求都十分严格。如果其中任何一个环节质量没有得到保证，则可严重影响曲轴的使用寿命和整机的可靠性。世界汽车工业发达国家对曲轴的加工十分重视，并不断改进曲轴加工工艺。
随着WTO的加入，国内曲轴生产厂家已经意识到形势的紧迫性，引进了为数不少的先进设备和技术，以期提高产品的整体竞争力，使得曲轴的制造技术水平有了大幅提高，特别是近5年来发展更为迅猛。目前国内轿车曲轴生产线多为高速柔性生产线FTL(Flexible Transfer Line)，这种生产线的特点是不仅可以加工同系列曲轴，而且还可加工变型产品、换代产品和新产品，真正具备柔性意义。
1.3 设计研究的主要内容
近年来，随着计算技术的不断进步和研究者们的不懈努力，曲轴加工工艺的研究取得了较大进展。然而，由于固有的复杂性，曲轴加工工艺还远未善。本设计结合前人的经验，应进行以下工作：
1、研究的基本内容
收集有关国内外轻型汽车曲轴飞轮组相关资料，通过对曲轴飞轮组的功用及工作条件和受力情况的了解，对曲轴的加工艺方案提出对加工艺的改进方案，提出问题，进行曲轴的加工工艺改进分析来解决问题，完成工艺改进及分析；从工艺设计方法、结构原理、材料及应用等方面分析曲轴工艺和加工技术，提出自己的看法。从设计方法、结构原理、材料及应用等方面分析轻型车曲轴加工技术，提出自己的设计思想及加工方法及改进方法。
2、拟解决的主要问题
(1) 分析零件图，运用工艺知识选择加工基准据实际生产条件确定工艺方案及相应加工方法(如:定位，夹紧，毛坯基准，孔径等)；
(2) 通过分析拟定有保证加工精度的方法：有粗加工，半精加工，精加工等重要加工路线图；
(3) 通过分析设计符合实际的完整的工艺规程，如：封面、加工工序目录、工装目录、工序图；
(4) 通过分析选择有重要尺寸的加工方法及相应的加工参数的工序图及工序图要突出加工部位；
(5) 有工艺规程的二维和三维图；
(6) 有相关重要尺寸链换算和必要先进工艺加工改进。
第2章 曲轴的分析
2.1曲轴的功用
曲轴是发动机最重要的机件之一。曲轴一般用中碳钢或中碳合金钢模锻而成。为提高耐磨性和耐疲劳强度，轴颈表面经高频淬火或氮化处理，并经精磨加工，以达到较高的表面硬度和表面粗糙度的要求。
它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇、水泵、发电机等[1]。
工作时，曲轴承受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，并且承受交变负荷的冲击作用。同时，曲轴又是高速旋转件，因此，要求曲轴具有足够的刚度和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好。
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(直列式发动机)；V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。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发动机气缸数目有关，还取决于曲轴的支承方式。
曲轴的支承方式一般有两种，一种是全支承曲轴，另一种是非全支承曲轴。全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个，即每一个连杆轴颈两边都有一个主轴颈。如六缸发动机全支承曲轴有七个主轴颈。四缸发动机全支承曲轴有五个主轴颈。这种支承，曲轴的强度和刚度都比较好，并且减轻了主轴承载荷，减小了磨损。柴油机和大部分汽油机多采用这种形式。非全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比气缸数目少或与气缸数目相等。这种支承方式叫非全支承曲轴，虽然这种支承的主轴承载荷较大，但缩短了曲轴的总长度，使发动机的总体长度有所减小。有些汽油机，承受载荷较小可以采用这种曲轴型式。
曲轴的连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，通过曲柄与主轴颈相连，在连接处用圆弧过渡，以减少应力集中。直列发动机的连杆轴颈数目和气缸数相等。V型发动机的连杆轴颈数等于气缸数的一半。
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。平衡重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。
曲轴前端装有正时齿轮，驱动风扇和水泵的皮带轮以及起动爪等。为了防止机油沿曲轴轴颈外漏，在曲轴前端装有一个甩油盘，在齿轮室盖上装有油封。
曲轴的后端用来安装飞轮，在后轴颈与飞轮凸缘之间制成档油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。
2.2曲轴的工艺分析
曲轴的加工工艺复杂，特别是轴颈有很高的尺寸和形位公差要求，一般按6级精度制造，粗糙度不高于Ra0.8μm。轴颈表面需要热处理以提高其耐磨性，常用的热处理形式为氮化和高频淬火。近年来，球墨铸铁和稀土球墨铸铁得到了广泛的运用，其特点为：可铸性好，有较高的强度和较小的缺口敏感性，有较好的减振性及耐磨性。
主轴颈、连杆轴颈本身的精度，即尺寸公差等级IT6，表面粗糙度Ra为1.25μm，连杆轴颈尺寸公差等级为IT7，表面粗糙度Ra为0.63μm，轴颈长度公差等级为IT9，圆柱度误差0.015，连杆轴颈的圆柱度误差0.015。
位置精度，主轴颈与连杆轴颈的平行度0.02mm，主轴颈的同轴度误差为0.025mm。
曲轴是带有曲拐的轴，它仍具有轴的一般加工规律，如铣两端面、钻中心孔、车、磨及抛光等，但也有它的特点，包括形状复杂、刚度差及技术要求高，应采取相应的工艺措施，分析如下：
(1)刚度差。为防止变形，在加工过程中应当采取下列措施：选用有较高刚度的机床、刀具及夹具等，并用中心架来增强刚性，从而减少变形和振动；采用具有两边传动或中间传动的刚度高的机床来进行加工，可以减少扭转变形、弯曲变形和振动；在加工中尽量使切削力的作用互相抵消；合理安排工位顺序以减少加工变形；增设校直工序。
(2)形状复杂连颈和主颈不在同一根轴线上，在连颈加工中易产生不平衡的现象，应配备能迅速找正连颈的偏心夹具，且应加平衡块。
(3)技术要求高。其机械加工工艺过程随生产纲领的不同和曲轴的复杂程度而有很大的区别，但一般均包括以下几个主要阶段：定位基准的加工；粗、精车和粗磨各主颈及其它外圆；车连颈；钻油孔；精磨各主颈及其他外圆；精磨连颈；大、小头及键槽加工；轴颈表面处理；动平衡；超精加工各轴颈。可以看出，主颈或连颈的车削工序都与磨削工序分开，往往中间安排一些不同的加工面或不同性质的工序。粗加工后会发生变形，因此常把粗、精加工分开，并在切削力较大的工序后面安排校直工序，以保证加工精度。为了减小切削力所引起的变形，保证精加工的精度要求，精磨各轴颈时，一般采用单砂轮依次磨削。
2.3曲轴加工的几种工艺
曲轴车削是一种主要用于加工曲轴主轴颈的方法，具有相当的柔性。 在有些情况下或有些地方，它还用于连杆颈的加工。 如果用于加工连杆颈，质量不平衡以及偏离中心的夹持位置需要带平衡配重的专用夹具。车削加工通常是在曲轴加工专机以及配备专用刀塔的标准车床上进行的。 由于刀具悬伸较大和容易出现振动，因此对刀具的要求非常高。
1、曲轴车拉
只有少数机床在有限范围内使用，这是一种拉削工艺，既可以通过直线车拉方法，以对旋转曲轴成切线进给的方式进行常规直线拉削，也可以采用随后发展的圆形或螺旋形拉刀进行旋转拉削。 尽管该方法非常高效，但因其缺乏柔性，所以至今未能推广。
曲轴车-车拉
车－车拉是车削与车拉的组合，车削和车拉刀具径向安装在一个圆形刀盘上，切削加工旋转着的曲轴的主轴颈或连杆颈。 这种方法适用于大多数类型的曲轴。 车削工序主要是粗加工，此时刀盘不旋转且切削刃处于工件的中心线。 而车拉刀具进行精加工切削，刀盘通过对旋转曲轴的主轴颈或连杆颈表面进行缓慢旋转的径向移动进行加工。 该方法的优点是在刀盘上可以大量安装使用姊妹刀具以平衡刀具寿命和延长换刀时间。
2、曲轴的内铣
内铣也称回旋铣或行星铣，它可以在较长的切削时间里进行重型铣削。曲轴穿过旋转着的铣刀。可转位刀片排列在铣刀内圆面上，可对曲轴的主轴颈、连杆颈和扇形块侧面进行加工。它是一种很稳定的加工方法，主要用于大型曲轴，或者在毛坯余量很大时使用。
3、曲轴的外铣
外铣主要用于大批量加工中、小型汽车曲轴。它可以看成是用一种高速旋转的密齿三面刃铣刀，在曲轴以缓慢旋转作进给运动的方式下对工件表面进行加工。该方法的特点是金属去除率高，切削定位迅速。 一般而言，一个直径为700mm的外铣刀最多可安装350片刀片。可加工曲轴的主轴颈、连杆颈和扇形块侧面和外圆面。 该方法工序时间短、换刀调刀非常快捷。
2.4本章小结
本章主要是对曲轴进行简单的分析，曲轴的功用、曲轴的工艺以及曲轴的几种加工方法。
第3章 工艺规程设计
3.1确定毛坏的制造形式
目 录
摘要 ………Ⅰ
Abstract…Ⅱ
第1章 绪 论 ……………………………………1
1.1概述…1
1.2国内外研究现状……………………………1
1.3设计研究的主要内容………………………2
第2章 曲轴的分析 ……………………………3
2.1曲轴的功用…………………………………3
2.2曲轴的工艺分析……………………………4
2.3曲轴加工的几种工艺………………………5
2.4本章小结……………………………………5
第3章 工艺规程的设计………………………6
3.1确定毛坏制造形式…………………………6
3.2基准的选择…………………………………6
3.3毛坯尺寸、加工余量及公差的确定………6
3.3.1加工余量的确定……………………6
3.3.2尺寸链计算…………………………7
3.3.3毛坏尺寸的确定 …………………10
3.4曲轴二维工艺规程的编制…………………10
3.4.1曲轴加工工艺过程 ………………10
3.5加工工艺过程的改进 ……………………16
3.6本章小结 …………………………………17
第4章 Pro/E曲轴建模………………………18
4.1曲轴的结构及特征创建顺序分析…………18
4.2曲轴三维建模基本过程……………………18
4.2.1建立零件设计文件……………………18
4.2.2建立曲柄模型…………………………18
4.2.3建立曲轴自由端特征…………………21
4.2.4建立曲轴后端特征……………………22
4.3本章小结……………………………………23
第5章 编制曲轴三维工艺规程 ……………24
5.1曲轴三维工艺规程编制……………………24
5.2本章小结……………………………………28
第6章 曲轴的先进加工技术及强化工艺 29
6.1毛坯的铸造技术……………………………29
6.2提高曲拐疲劳强度的结构措施……………30
6.3曲轴的材料及强化工艺……………………30
6.4本章小结……………………………………32
结论 ………33
参考文献…34
致谢 ………35
附录 ………36
